В молекулярно-кинетической теории газ рассматривают как систему из огромного числа частиц, которые непрерывно и беспорядочно движутся. Для реального газа такое описание может быть сложным: молекулы имеют размеры и взаимодействуют друг с другом.
Идеальный газ — модель газа, в которой молекулы считают очень маленькими частицами, почти не взаимодействующими на расстоянии и сталкивающимися абсолютно упруго.
Эта модель нужна не потому, что в природе есть полностью идеальный газ, а потому, что она хорошо описывает многие разреженные газы и позволяет получить простые законы МКТ.
Основные допущения
В модели идеального газа делают три главных упрощения:
- Размеры молекул пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними.
- Молекулы не взаимодействуют на расстоянии: силами притяжения и отталкивания между столкновениями пренебрегают.
- Столкновения молекул друг с другом и со стенками сосуда считают абсолютно упругими.
Первое допущение означает, что молекулы можно рассматривать как материальные точки. Второе допущение не отменяет столкновения: во время столкновения частицы всё же взаимодействуют, но очень короткое время. Третье допущение означает, что при столкновениях механическая энергия не теряется на нагревание стенок, деформации или внутренние изменения молекул.
Когда модель работает
Модель идеального газа лучше всего подходит для разреженных газов. В таком газе расстояния между молекулами намного больше размеров самих молекул, поэтому собственный объём молекул и их взаимодействие на расстоянии мало влияют на движение.
Если газ сильно сжать или сильно охладить, расстояния между молекулами уменьшаются, а взаимодействие становится заметнее. Тогда реальный газ может вести себя иначе, чем идеальный.
Важно
Идеальный газ — это приближение. Оно не говорит, что молекулы в реальном газе совсем не имеют размеров и никогда не взаимодействуют. Оно говорит, что в выбранных условиях этими особенностями можно пренебречь.
Связь с давлением
В идеальном газе давление на стенки сосуда возникает из-за ударов молекул о стенки. Молекулы движутся хаотически, поэтому каждая стенка получает множество ударов со стороны частиц газа.
Именно такая модель позволяет дальше связать давление газа со средней кинетической энергией поступательного теплового движения молекул. Эта связь относится уже к следующему пункту кодфикатора.
Коротко
- Идеальный газ — модель газа в МКТ.
- Молекулы идеального газа считают материальными точками.
- Взаимодействием молекул на расстоянии пренебрегают.
- Столкновения молекул друг с другом и со стенками считают абсолютно упругими.
- Модель лучше работает для разреженных газов и хуже — для сильно сжатых или сильно охлаждённых реальных газов.