Gas ideali, leggi e formule.

L'oggetto di studio più semplice è un gas ideale. Un gas ideale è un gas le cui molecole hanno dimensioni trascurabili e non interagiscono a distanza. E durante gli urti interagiscono come palline perfettamente elastiche. Un gas ideale è un'astrazione. Ma questo concetto è utile poiché semplifica i calcoli ingegneristici dei motori termici e dei processi che si verificano in essi.

I parametri principali di un gas che ne caratterizzano lo stato sono volume, pressione, e la temperatura, .

3. Unità di massa atomica (a.u.m.).

Le masse molecolari sono molto piccole,
10-27 kg. Pertanto, per caratterizzare le masse di atomi e molecole, vengono utilizzate quantità chiamate unità di massa atomica di un elemento o molecola,

1a.m. = 1,67 10 -27 kg =
.

Le masse di tutti gli atomi e le molecole sono misurate in amu:

= 12 amu,
= 14 amu,
= 16 amu

Molecolare relativo (
) o atomico ( ) la massa è il rapporto tra la massa di una molecola o di un atomo e (1/12) la massa di un atomo di carbonio
.

Come si può vedere dalla definizione
- quantità adimensionali. Unità di massa pari a (1/12) la massa di un atomo di carbonio
chiamata unità di massa atomica. (a.e.m.). Denotiamo questa unità (cioè amu), espressa in chilogrammi, con
. Quindi la massa dell'atomo sarà uguale
, e la massa della molecola è
.

Quantità di sostanza che contiene un numero di particelle (atomi o molecole) pari al numero di atomi contenuti in 0,012 kg di isotopo
, si chiama talpa.

Il numero di particelle contenute in una mole di una sostanza è chiamato numero di Avogadro.
= 6.022 10 23 mol -1. La massa di una talpa è chiamata massa molare.

(1)

Nel caso del carbonio

= 1,66 10 -27kg.

Dalla (2) segue che

= 0,001 kg/mol. (3)

Sostituendo (3) in (1), abbiamo

= 0,001
kg/mol

=
g/mol.

Pertanto la massa di una mole, espressa in grammi, è numericamente uguale alla massa molecolare relativa.

= 12 amu
= 12 g/mol,

= 16 amu
= 16 g/mol,

= 32 u.m.

= 32 g/mol.

4. Proprietà di un gas ideale.

Le dimensioni delle molecole sono circa 1 A = 10 -10 m.

La pressione è uguale alla forza che agisce perpendicolarmente ad un'unità di area,
. La pressione nel SI è misurata in Pa (pascal). Pa = n/m2, 1 kg/cm2 = 1 atm = 9,8 10 4 Pa, 1 mm Hg. = 133 Pa.

5. Equazione di Mendeleev-Clapeyron.

A basse densità, i gas obbediscono all'equazione

Equazione di stato di Mendeleev-Clapeyron per un gas ideale, - numero di moli, = 8,31 J/mol K. L'equazione può assumere una forma diversa inserendo le quantità

= 1,38 10 -23 J/K:

.

Se
- concentrazione delle particelle, quindi

.

Se
, Quello

.

Questa espressione è usata in aerodinamica.

6. Equazione base della teoria cinetica dei gas (equazione di Clausius).

L'equazione base della teoria cinetica molecolare collega i parametri dello stato di un gas con le caratteristiche del movimento delle molecole.

Per ricavare l'equazione si utilizza un metodo statistico, ovvero conoscendo le caratteristiche delle singole molecole di gas
(concentrazione) può essere trovato - pressione del gas, caratteristiche dell'intero gas.

Per derivare l'equazione, consideriamo un gas ideale monoatomico. Le molecole si muovono in modo caotico. Le velocità delle molecole sono diverse. Supponiamo che il numero di collisioni reciproche tra molecole di gas sia trascurabile rispetto al numero di impatti sulle pareti del recipiente che le collisioni delle molecole con le pareti del recipiente sono assolutamente elastiche; Troviamo la pressione sulle pareti del recipiente, supponendo che il gas si trovi in ​​un recipiente cubico con un bordo . Cerchiamo la pressione come il risultato medio degli impatti delle molecole di gas sulle pareti del vaso.

1). Secondo la terza legge di Newton, il muro riceve quantità di moto da ciascuna molecola

2). Durante
siti
raggiungere solo le molecole contenute nel volume

3). Il numero di queste molecole in volume
equivale

.

4). Il numero di impatti sulla piattaforma è pari a
.

5). Quando le molecole si scontrano, trasferiscono la quantità di moto all'area

Considerando che
- forza e
- pressione,

abbiamo per la pressione

(1)

Se il volume del gas contiene
molecole che si muovono a velocità
, allora dobbiamo introdurre il concetto di velocità quadratica media utilizzando la formula

. (2)

Quindi l'espressione (1) assumerà la forma

=

Equazione base della teoria cinetica dei gas.

Questa equazione può essere riorganizzata osservandolo

.

.

Dall'altro lato

.

.

L'energia cinetica media del movimento caotico delle molecole è direttamente proporzionale alla temperatura e non dipende dalla massa. A T=0
= 0, il movimento delle molecole del gas si arresta e la pressione è zero.

Temperatura assoluta, T è una misura della media energia cinetica Moto traslatorio delle molecole di gas ideali. Ma questo è vero solo a temperature moderate, purché non vi sia decadimento o ionizzazione delle molecole e degli atomi. Se il numero di particelle nel sistema è piccolo, anche questo non è corretto, poiché è impossibile introdurre il concetto di velocità quadratica media.

Da
E
Dovrebbe

=.

DEFINIZIONE: Un gas ideale è un gas le cui proprietà soddisfano le seguenti condizioni:
a) le collisioni di molecole di tale gas si verificano come collisioni di sfere elastiche, le cui dimensioni sono trascurabili;
b) di urto in urto le molecole si muovono in modo uniforme e rettilineo;
c) si trascurano le forze di interazione tra le molecole.

Gas reali a temperatura ambiente E pressione normale si comportano come i gas ideali. I gas ideali possono essere considerati gas come l'elio e l'idrogeno, le cui proprietà anche in condizioni ordinarie corrispondono alle leggi di un gas ideale.

Lo stato di una certa massa di gas ideale sarà determinato dai valori di tre parametri: P, V, T. Questi valori, che caratterizzano lo stato del gas, sono chiamati parametri di stato. Questi parametri sono naturalmente correlati tra loro, quindi la modifica di uno di essi comporta una modifica anche dell'altro. Questa relazione può essere analiticamente specificata come una funzione:

Viene chiamata una relazione che dà una connessione tra i parametri di un corpo equazione di stato. Pertanto, questa relazione è l'equazione di stato di un gas ideale.

Consideriamo alcuni parametri di stato che caratterizzano lo stato del gas:

1) Pressione(P). In un gas, la pressione si forma a causa del movimento caotico delle molecole, a seguito del quale le molecole entrano in collisione tra loro e con le pareti del contenitore. Come risultato dell'impatto delle molecole sulla parete del vaso, una certa forza media agirà sulla parete dal lato delle molecole dF. Supponiamo che la superficie dS, Poi . Quindi:

DEFINIZIONE (meccanicistica): Pressione- Questo quantità fisica, numericamente pari alla forza, agendo per unità di superficie ad esso normale.

Se la forza è distribuita uniformemente sulla superficie, allora . Nel sistema SI, la pressione viene misurata in 1Pa=1N/m2.

2) Temperatura(T).

DEFINIZIONE (provvisoria): Temperatura il corpo è una grandezza termodinamica che caratterizza lo stato di equilibrio termodinamico di un sistema macroscopico.

La temperatura è la stessa per tutte le parti di un sistema isolato in uno stato di equilibrio termodinamico. Cioè, se gli organi contattanti sono in uno stato equilibrio termale, cioè. non scambiano energia tramite trasferimento di calore, quindi a questi corpi viene assegnata la stessa temperatura. Se, quando si stabilisce il contatto termico tra i corpi, uno di essi cede energia all'altro mediante scambio di calore, allora al primo corpo viene assegnato alta temperatura rispetto al secondo.

Qualsiasi proprietà del corpo (impronta della temperatura) che dipende dalla temperatura può essere utilizzata per quantificare (misurare) la temperatura.

Per esempio: se selezioniamo il volume come indicatore di temperatura e assumiamo che il volume cambi linearmente con la temperatura, quindi scegliendo la temperatura di fusione del ghiaccio come “0” e la temperatura di ebollizione dell'acqua come 100°, otteniamo una scala di temperatura chiamata scala Celsius. Secondo il quale allo stato in cui un corpo termodinamico ha un volume V va assegnata una temperatura:

Per determinare in modo univoco la scala di temperatura è necessario concordare, oltre al metodo di calibrazione, anche la scelta del corpo termometrico (cioè il corpo che viene selezionato per la misurazione) e la caratteristica della temperatura.

Conosciuto due scale di temperatura:

1) T– scala di temperatura empirica o pratica (°C). (Parleremo più avanti della scelta di un corpo termometrico e di una caratteristica di temperatura per questa scala).

2) T– scala termodinamica o assoluta (°K). Questa scala non dipende dalle proprietà del corpo termodinamico (ma questo verrà discusso più avanti).

La temperatura T, misurata su scala assoluta, è legata alla temperatura t su scala pratica dalla relazione

T = T + 273,15.

L'unità di temperatura assoluta si chiama Kelvin. La temperatura su scala pratica viene misurata in gradi. Celsius (°C). Valori gradi. Kelvin e deg. I gradi Celsius sono gli stessi. Una temperatura pari a 0°K è detta zero assoluto, corrisponde a t=-273,15°C

DEFINIZIONE

Gas ideale- questo è il massimo modello semplice sistema composto da grande quantità particelle.

È un gas costituito da punti materiali che hanno una massa finita ma nessun volume. Queste particelle non possono interagire a distanza. Le collisioni di particelle di un gas ideale sono descritte utilizzando le leggi della collisione assolutamente elastica delle sfere. Va notato che questo si riferisce alle leggi delle collisioni delle sfere, poiché le particelle puntiformi subiscono solo collisioni frontali, che non possono cambiare la direzione delle velocità a diversi angoli.

Un gas ideale esiste solo in teoria. IN vita reale in linea di principio non può esistere, poiché le molecole puntiformi e l'assenza della loro interazione a distanza sono analoghe alla loro esistenza fuori dallo spazio, cioè alla loro non esistenza. I più vicini nelle loro proprietà al modello dei gas ideali sono i gas a bassa pressione (gas rarefatti) e (o) alta temperatura. Il modello dei gas ideali è adatto per studiare metodi per studiare sistemi multiparticellari e acquisire familiarità con i concetti rilevanti.

Negli intervalli tra le collisioni, le molecole di un gas ideale si muovono in linea retta. Sono note le leggi delle collisioni e degli impatti sulle pareti delle navi contenenti gas. Di conseguenza, se conosci le posizioni e le velocità di tutte le particelle di un gas ideale in un determinato momento, puoi trovare le loro coordinate e velocità in qualsiasi altro momento. Queste informazioni descrivono in modo più completo lo stato del sistema di particelle. Tuttavia, il numero di particelle è così grande che la descrizione dinamica di un sistema di molte particelle è inadatta alla teoria e inutile alla pratica. Ciò significa che per studiare sistemi composti da molte particelle, l'informazione deve essere generalizzata e non viene attribuita alle singole particelle, ma a grandi aggregati di esse.

Pressione del gas ideale

Utilizzando il modello dei gas ideali è stato possibile spiegare qualitativamente e quantitativamente la pressione di un gas sulle pareti del recipiente in cui si trova. Il gas esercita una pressione sulle pareti del recipiente perché le sue molecole interagiscono con le pareti come corpi elastici secondo le leggi della meccanica classica. Quantitativamente la pressione (p) di un gas ideale è pari a:

dov'è l'energia cinetica media del movimento traslazionale delle molecole di gas; - concentrazione delle molecole di gas (N - numero di molecole di gas nel recipiente; V - volume del recipiente).

Leggi dei gas ideali

I gas che obbediscono rigorosamente alle leggi di Boyle-Mariotte e Gay-Lussac sono detti ideali.

Legge di Boyle - Mariotte. Per una massa costante (m) di un gas ideale a temperatura costante (T), il prodotto della pressione (p) del gas e del suo volume (V) è un valore costante per qualsiasi stato della sostanza in questione:

Legge di Gay-Lussac. Per una massa costante di gas a pressione costante vale la seguente relazione:

Nel comportamento dei gas reali si osservano deviazioni dalle leggi di Boyle-Mariotte e Gay-Lussac e queste deviazioni sono diverse per i diversi gas.

Per un gas ideale vale la legge di Charles. Ciò dice che per una massa costante di gas, a volume costante, il rapporto tra la pressione del gas e la temperatura non cambia:

Per mettere in relazione i parametri di un gas ideale si usa spesso l'equazione di stato, che porta i nomi di due scienziati Clapeyron e Mendeleev:

Dove - massa molare gas; - costante universale dei gas.

La legge di Dalton. Pressione della miscela gas ideali(p) è pari alla somma delle pressioni parziali () dei gas considerati:

In questo caso l'equazione di stato di una miscela di gas ideali ha la forma (2), come se il gas fosse chimicamente omogeneo.

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

Esercizio	Quali processi in una massa costante di un gas ideale sono rappresentati dai grafici (Fig. 1)?
Soluzione	Consideriamo il processo rappresentato nel grafico numero 1. Vediamo che il prodotto , a seconda della condizione, il gas è ideale, la massa del gas è costante, quindi questo è un processo isotermo. Passiamo al secondo grafico. Dal grafico possiamo concludere che: dove C è un valore costante. Dividendo i lati destro e sinistro dell'espressione (1.1) abbiamo: Abbiamo capito che la pressione è costante. Poiché , abbiamo una trasformazione isobarica.
Risposta	1- processo isotermico. Processo 2-isobarico.

ESEMPIO 2

Esercizio	Come cambierà la pressione di un gas ideale in un processo in cui la massa del gas è costante, il volume del gas aumenta e la temperatura diminuisce?
Soluzione	Prenderemo l'equazione di Clapeyron-Mendeleev come base per risolvere il problema:

Come è noto, molte sostanze in natura possono trovarsi in tre stati di aggregazione: solido, liquido E gassoso.

La dottrina delle proprietà della materia nei vari stati di aggregazione si basa su idee sulla struttura atomico-molecolare del mondo materiale. La teoria cinetica molecolare della struttura della materia (MKT) si basa su tre principi fondamentali:

• sono costituite tutte le sostanze minuscole particelle(molecole, atomi, particelle elementari), tra i quali vi sono lacune;
• le particelle sono in continuo movimento termico;
• esistono forze di interazione tra le particelle della materia (attrazione e repulsione); la natura di queste forze è elettromagnetica.

Significa, stato di aggregazione la sostanza dipende da posizione relativa molecole, la distanza tra loro, le forze di interazione tra loro e la natura del loro movimento.

L'interazione tra le particelle di una sostanza è più pronunciata allo stato solido. La distanza tra le molecole è approssimativamente uguale alle loro stesse dimensioni. Ciò porta ad un'interazione abbastanza forte, che rende praticamente impossibile il movimento delle particelle: oscillano attorno a una certa posizione di equilibrio. Mantengono la loro forma e volume.

Le proprietà dei liquidi sono spiegate anche dalla loro struttura. Le particelle di materia nei liquidi interagiscono meno intensamente che nei liquidi solidi, e quindi possono cambiare bruscamente la loro posizione - i liquidi non mantengono la loro forma - sono fluidi. I liquidi mantengono il volume.

Un gas è un insieme di molecole che si muovono casualmente in tutte le direzioni, indipendentemente l'una dall'altra. I gas non hanno una forma propria, occupano l'intero volume loro fornito e si comprimono facilmente.

Esiste un altro stato della materia: il plasma. Il plasma è un gas parzialmente o completamente ionizzato in cui le densità delle cariche positive e negative sono quasi uguali. Se riscaldata abbastanza forte, qualsiasi sostanza evapora, trasformandosi in un gas. Se si aumenta ulteriormente la temperatura, il processo di ionizzazione termica si intensificherà notevolmente, ovvero le molecole di gas inizieranno a disintegrarsi nei loro atomi costituenti, che poi si trasformeranno in ioni.

Modello dei gas ideali. Relazione tra pressione ed energia cinetica media.

Per chiarire le leggi che governano il comportamento di una sostanza allo stato gassoso, viene considerato un modello idealizzato di gas reali: un gas ideale. Questo è un gas le cui molecole sono considerate come punti materiali, non interagenti tra loro a distanza, ma interagendo tra loro e con le pareti della nave durante le collisioni.

Gas ideale – È un gas in cui l'interazione tra le sue molecole è trascurabile. (Ek>>Er)

Un gas ideale è un modello inventato dagli scienziati per comprendere i gas che effettivamente osserviamo in natura. Non può descrivere alcun gas. Non applicabile quando il gas è altamente compresso, quando il gas passa allo stato liquido. I gas reali si comportano come gas ideali quando la distanza media tra le molecole è molte volte maggiore delle loro dimensioni, cioè a vuoti sufficientemente grandi.

Proprietà di un gas ideale:

1. c'è molta distanza tra le molecole più dimensioni molecole;
2. le molecole del gas sono molto piccole e sono palline elastiche;
3. le forze di attrazione tendono a zero;
4. le interazioni tra le molecole di gas si verificano solo durante le collisioni e le collisioni sono considerate assolutamente elastiche;
5. le molecole di questo gas si muovono in modo casuale;
6. Movimento delle molecole secondo le leggi di Newton.

Stato di una certa massa sostanza gassosa caratterizzato da quantità fisiche dipendenti l'una dall'altra, chiamate parametri di stato. Questi includono volumeV, pressionePe temperaturaT.

Volume del gas denotato da V. Volume il gas coincide sempre con il volume del contenitore che occupa. Unità SI di volume m 3.

Pressione– grandezza fisica uguale al rapporto della forzaF, agendo su un elemento di superficie ad esso perpendicolare, all'areaSquesto elemento.

P = F/ S Unità di pressione SI pascal[Papà]

Fino ad ora vengono utilizzate unità di pressione non sistemiche:

atmosfera tecnica 1 a = 9,81-104 Pa;

atmosfera fisica 1 atm = 1.013-105 Pa;

millimetri di mercurio 1mmHg = 133 Pa;

1 atm = = 760 mmHg. Arte. = 1013 hPa.

Come si forma la pressione del gas? Ogni molecola di gas, colpendo la parete del vaso in cui si trova, agisce sulla parete con una certa forza per un breve periodo di tempo. Come risultato di impatti casuali sul muro, la forza esercitata da tutte le molecole per unità di area del muro cambia rapidamente nel tempo rispetto ad un certo valore (medio).

Pressione del gasavviene a seguito di impatti casuali di molecole sulle pareti del recipiente contenente il gas.

Utilizzando il modello dei gas ideali, possiamo calcolare pressione del gas sulla parete del recipiente.

Durante l'interazione di una molecola con la parete di una nave, tra loro si formano forze che obbediscono alla terza legge di Newton. Di conseguenza, la proiezione υ X la velocità molecolare perpendicolare alla parete cambia segno in senso opposto e la proiezione υ sì la velocità parallela al muro rimane invariata.

Vengono chiamati dispositivi che misurano la pressione manometri. I manometri registrano la forza di pressione media nel tempo per unità di area del suo elemento sensibile (membrana) o altro ricevitore di pressione.

Manometri per liquidi:

1. aperto - per misurare piccole pressioni al di sopra dell'atmosfera
2. chiuso - per misurare piccole pressioni al di sotto dell'atmosfera, ad es. piccolo vuoto

Manometro in metallo– per la misurazione di alte pressioni.

La sua parte principale è un tubo curvo A, la cui estremità aperta è saldata al tubo B, attraverso il quale scorre il gas, e l'estremità chiusa è collegata alla freccia. Il gas entra attraverso il rubinetto e il tubo B nel tubo A e lo distende. L'estremità libera del tubo, muovendosi, mette in movimento il meccanismo di trasmissione e l'indice. La scala è graduata in unità di pressione.

Equazione base della teoria cinetica molecolare di un gas ideale.

Equazione MKT di base: la pressione di un gas ideale è proporzionale al prodotto della massa della molecola, della concentrazione delle molecole e del quadrato medio della velocità delle molecole

P= 1/3M 0· n·v 2

m 0 - massa di una molecola di gas;

n = N/V – numero di molecole per unità di volume o concentrazione di molecole;

v 2 - velocità quadratica media del movimento delle molecole.

Poiché l'energia cinetica media del movimento traslazionale delle molecole è E = m 0 *v 2 /2, moltiplicando l'equazione di base MKT per 2, otteniamo p = 2/3 n (m 0 v 2)/2 = 2/3 E n

p = 2/3 En

La pressione del gas è pari a 2/3 dell'energia cinetica media del moto traslatorio delle molecole contenute in un'unità di volume di gas.

Poiché m 0 n = m 0 N/V = m/V = ρ, dove ρ è la densità del gas, abbiamo P= 1/3·ρ·v 2

Legge del gas unita.

Si chiamano quantità macroscopiche che caratterizzano inequivocabilmente lo stato di un gasparametri termodinamici del gas.

I parametri termodinamici più importanti di un gas sono i suoivolumeV, pressione p e temperatura T.

Viene chiamata qualsiasi variazione dello stato di un gasprocesso termodinamico.

In qualsiasi processo termodinamico, i parametri del gas che ne determinano lo stato cambiano.

Viene chiamata la relazione tra i valori di determinati parametri all'inizio e alla fine del processolegge del gas.

Viene chiamata la legge del gas che esprime la relazione tra tutti e tre i parametri del gaslegge del gas unita.

P = nkT

Rapporto P = nkT mettendo in relazione la pressione di un gas con la sua temperatura e la concentrazione di molecole è stato ottenuto un modello di gas ideale, le cui molecole interagiscono tra loro e con le pareti del recipiente solo durante gli urti elastici. Questa relazione può essere scritta in un'altra forma, stabilendo una connessione tra i parametri macroscopici di un gas - volume V, pressione P, temperatura T e la quantità di sostanza ν. Per fare ciò è necessario utilizzare le uguaglianze

dove n è la concentrazione delle molecole, N è numero totale molecole, V – volume del gas

Quindi otteniamo o

Poiché a massa di gas costante N rimane invariato, allora Nk – numero costante, Significa

Per una massa di gas costante, il prodotto di volume e pressione diviso per temperatura assoluta gas, esiste un valore che è uguale per tutti gli stati di questa massa di gas.

L'equazione che stabilisce la relazione tra pressione, volume e temperatura di un gas fu ottenuta a metà del XIX secolo dal fisico francese B. Clapeyron e viene spesso chiamata Equazione di Clayperon.

L'equazione di Clayperon può essere scritta in un'altra forma.

P = nkT,

considerando che

Qui N– numero di molecole nel recipiente, ν – quantità di sostanza, N A è la costante di Avogadro, M– massa di gas nel recipiente, M– massa molare del gas. Di conseguenza otteniamo:

Prodotto della costante di Avogadro N A perCostante di Boltzmannviene chiamato k costante universale (molare) dei gas ed è designato dalla lettera R.

Il suo valore numerico in SI R= 8,31 J/mol K

Rapporto

chiamato Equazione di stato dei gas ideali.

Nella forma che abbiamo ricevuto, è stato scritto per la prima volta da D.I. Pertanto si chiama l'equazione di stato del gas Equazione di Clapeyron-Mendeleev.`

Per una mole di qualsiasi gas questa relazione assume la forma: pV=RT

Installiamo significato fisico della costante molare dei gas. Supponiamo che in un certo cilindro sotto il pistone alla temperatura E ci sia 1 mole di gas, il cui volume è V. Se il gas viene riscaldato isobaricamente (a pressione costante) di 1 K, il pistone salirà ad un'altezza Δh , e il volume del gas aumenterà di ΔV.

Scriviamo l'equazione PV=RT per gas riscaldato: p (V + ΔV) = R (T + 1)

e sottrarre da questa uguaglianza l'equazione pV=RT, corrispondente allo stato del gas prima del riscaldamento. Otteniamo pΔV = R

ΔV = SΔh, dove S è l'area della base del cilindro. Sostituiamo nell'equazione risultante:

pS = F – forza di pressione.

Otteniamo FΔh = R, e il prodotto della forza e dello spostamento del pistone FΔh = A è il lavoro di spostamento del pistone compiuto da questa forza contro le forze esterne durante l'espansione del gas.

Così, R = UN.

La costante universale (molare) dei gas è numericamente uguale al lavoro compiuto da 1 mole di gas quando viene riscaldata isobaricamente di 1 K.

Uno dei quali è il gas. Le sue particelle costitutive - molecole e atomi - si trovano a grande distanza l'una dall'altra. Allo stesso tempo, sono in costante movimento libero. Questa proprietà indica che l'interazione delle particelle avviene solo al momento dell'avvicinamento, aumentando notevolmente la velocità delle molecole in collisione e la loro dimensione. Ciò distingue lo stato gassoso di una sostanza da solido e liquido.

La stessa parola "gas" tradotta dal greco suona come "caos". Ciò caratterizza perfettamente il movimento delle particelle, che in realtà è casuale e caotico. Il gas non forma una superficie specifica; riempie l'intero volume a sua disposizione. Questo stato della materia è il più comune nel nostro Universo.

Le leggi che determinano le proprietà e il comportamento di tale sostanza sono più facili da formulare e considerare usando l'esempio di uno stato in cui le molecole e gli atomi sono bassi. Si chiamava “gas ideale”. In esso, la distanza tra le particelle è maggiore del raggio di interazione delle forze intermolecolari.

Quindi, un gas ideale è un modello teorico della materia in cui non c'è quasi nessuna interazione tra le particelle. A tal fine devono sussistere le seguenti condizioni:

Dimensioni molecolari molto piccole.

Non esiste alcuna forza di interazione tra loro.

Le collisioni si verificano come collisioni di sfere elastiche.

Un buon esempio di tale stato della materia sono i gas in cui la pressione a basse temperature non supera di 100 volte la pressione atmosferica. Sono considerati dimessi.

Il concetto stesso di “gas ideale” ha permesso alla scienza di costruire una teoria cinetica molecolare, le cui conclusioni sono confermate in numerosi esperimenti. Secondo questa dottrina i gas ideali si distinguono tra classici e quantistici.

Le caratteristiche del primo si riflettono nelle leggi della fisica classica. Il movimento delle particelle in questo gas non dipende l'uno dall'altro; la pressione esercitata sulla parete è pari alla somma degli impulsi che, durante un urto, vengono trasmessi dalle singole molecole in un certo tempo. La loro energia totale è quella delle singole particelle. Il lavoro di un gas ideale in questo caso si calcola p = nkT. Un esempio lampante Questo si basa sulle leggi derivate da fisici come Boyle-Marriott, Gay-Lussac, Charles.

Se un gas ideale abbassa la sua temperatura o aumenta la sua densità di particelle fino a un certo valore, le sue proprietà ondulatorie aumentano. C'è una transizione verso un gas quantistico, in cui atomi e molecole sono paragonabili alla distanza tra loro. Esistono due tipi di gas ideali:

L'insegnamento di Bose ed Einstein: particelle dello stesso tipo hanno spin intero.

Statistiche di Fermi e Dirac: un altro tipo di molecole che hanno spin semiintero.

La differenza tra un gas ideale classico e uno quantistico è che anche a temperatura assolutamente zero la densità di energia e la pressione differiscono da zero. Diventano più grandi all’aumentare della densità. In questo caso, le particelle hanno l'energia massima (un altro nome è confine). Da questo punto di vista viene considerata la teoria della struttura delle stelle: in quelle in cui la densità è superiore a 1-10 kg/cm3, la legge degli elettroni è chiaramente espressa. E dove supera i 109 kg/cm3, la sostanza si trasforma in neuroni.

Nei metalli, l'uso della teoria secondo cui un gas ideale classico si trasforma in uno quantistico consente di spiegare gran parte dello stato della sostanza: più dense sono le particelle, più vicine sono all'ideale.

Con fortemente espresso basse temperature varie sostanze in liquido e stati solidi il moto collettivo delle molecole può essere considerato come il lavoro di un gas ideale rappresentato da deboli eccitazioni. In questi casi, il contributo all'energia del corpo che le particelle aggiungono è visibile.