理想的なガスとは？

理想気体は、確率論分析で物理学者が使用する理論的な物質状態です。 理想的なガスは、相互作用せずに互いに跳ね返る分子で構成されています。 分子間に引力や力の力はなく、衝突中にエネルギーが失われることはありません。 理想的なガスは、体積、密度、温度によって完全に説明できます。

一般的に理想気体の法則として知られている理想気体の状態方程式は、PV = NkTです。 この式で、Nは分子の数、kはボルツマン定数であり、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、温度を一定に保ちながら圧力を2倍にすると、ガスの体積が半分になる必要があることを意味します。 圧力を一定に保ちながらガスの体積を2倍にすると、温度も2倍になります。 ほとんどの例では、ガス内の分子の数は一定と見なされます。

もちろん、これは単なる概算です。 ガス分子間の衝突は完全に弾性的ではなく、一部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、ほとんどの日常的な状況では、理想的なガスの法則は実際のガスの挙動に非常に近いものです。 計算の実行に使用されない場合でも、圧力、体積、温度の関係を念頭に置くと、科学者がガスの挙動を直感的に理解するのに役立ちます。

理想的なガスの法則は、多くの場合、入門物理学または化学の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の方程式には、理想的なガスの法則の基本的な仮定に対する若干の修正が含まれていますが、多くの入門コースでも教えられています。 しかし実際には、補正は非常に小さいため、理想的なガスの法則が特定のアプリケーションに対して十分に正確でない場合、ファンデルワールの式も十分ではありません。

ほとんどの熱力学と同様に、理想気体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では、エラーは許容できるほど小さい可能性があります。 準静的平衡の仮定を放棄することは、熱力学を統計物理学のより複雑な世界に残しておくことを意味します。