理想的なガスとは何ですか？

理想的なガスは、確率理論分析で物理学者が使用する理論的物質状態です。理想的なガスは、それ以外の場合は相互作用することなく互いに跳ね返る分子で構成されています。分子間に魅力や反発力はなく、衝突中にエネルギーが失われません。理想的なガスは、体積、密度、温度によって完全に記述できます。

理想的なガス法として一般的に知られている理想的なガスの状態方程式は、PV = NKTです。方程式では、nは分子の数であり、kはボルツマンの定数であり、ケルビンあたり約1.4 x 10 ^-23 ジュールに等しい。通常より重要なのは、圧力と体積が反比例し、それぞれが温度に比例することです。これは、たとえば、温度が一定に保持されている間に圧力が2倍になった場合、ガスの体積が半分になる必要があることを意味します。圧力が一定に保たれている間にガスの体積が2倍になった場合、温度も2倍にする必要があります。でほとんどの例として、ガス内の分子の数は一定であると考えられています。

もちろん、これは単なる近似です。ガス分子間の衝突は完全に弾力性がなく、ある程度のエネルギーが失われ、ガス分子間の静電力が存在します。しかし、ほとんどの日常の状況では、理想的なガス法はガスの実際の挙動に密接に近似しています。計算の実行に使用されていなくても、圧力、量、温度の関係を念頭に置いておくと、科学者がガスの行動を直感的に理解するのに役立ちます。

理想的なガス法は、多くの場合、入門物理学または化学クラスでガスを研究するときに人々が学ぶ最初の方程式です。 Van der Waalの方程式は、理想的なガス法の基本的な仮定に対するいくつかの軽微な修正を含みますが、多くの入門コースでも教えられています。ただし、実際には、修正は非常に小さいため、理想的なガス法は、特定のアプリケーションには十分に正確ではありません。ファンデルワールの方程式も十分ではありません。

熱力学のほとんどと同様に、理想的なガスも平衡状態にあると想定されています。圧力、体積、温度が変化している場合、この仮定は明らかに間違っています。ただし、これらの変数がゆっくりと変化している場合、準静的平衡と呼ばれる状態は、エラーが許容できるほど小さくなる可能性があります。準静的平衡の仮定を放棄するということは、より複雑な統計物理学の世界のために熱力学を後ろに置くことを意味します。