Идеальный и реальные газы

Идеальный и реальные газы

Как показывают многочисленные опыты, при изотермическом сжатии газа закон Бойля-Мариотта справедлив при не очень больших давлениях. Уже при давлениях в несколько десятков атмосфер наблюдаются отклонения от этого закона. При давлениях больше ста атмосфер эти отклонения становятся весьма значительными, причем в большинстве случаев объем газа сильно превышает тот объем, который должен быть у газа в соответствии с законом Бойля-Мариотта.

Отступления от закона Бойля-Мариотта при больших давлениях газа объясняются следующим образом. Когда давление газа невелико, объем молекул газа составляет доли процента от объема, занятого газом. При таких условиях практически можно пренебречь как силами взаимного притяжения молекул газа, так и собственным объемом его молекул. Следовательно, при малых давлениях, природа самих молекул газа существенного значения не имеет. Это означает, что при малых давлениях объем всех газов должен одинаково зависеть от давления.

Однако при больших давлениях молекулы газа сближаются и между ними возникают силы притяжения, величина которых зависит от природы молекул. Силы молекулярного притяжения способствуют уменьшению объема газа. Поэтому при давлениях в несколько десятков атмосфер объем многих газов, например, азота, оказывается меньше, чем должен быть по закону Бойля-Мариотта.

Когда давление очень велико, то молекулы газа сближаются настолько, что заметную роль начинают играть уже и силы отталкивания между молекулами. Величина этих сил тем значительнее, чем больше объем самих молекул. Поэтому наличие собственного объема молекул газа при больших давлениях препятствует дальнейшему сжатию газа. Следовательно, при увеличении давления объем газа получается больше, чем должен быть по закону Бойля-Мариотта, и его значение существенно зависит от природы газа.

При изучении физических явлений весьма полезен прием введения идеализированных представлений, которые помогают изучать различные реальные явления. Одной из таких идеализаций является понятие материальной точки. Вводится понятие – идеальный газ.

Под идеальным газом понимают газ, который при любых давлениях подчиняется закону Бойля-Мариотта и при любых температурах остается в газообразном состоянии. С точки зрения молекулярно-кинетической теории это означает, что молекулы идеального газа ни при каких условиях не должны притягиваться друг к другу, а собственный объем молекул всегда должен быть ничтожно мал по сравнению с объемом, занятым газом. Следовательно, молекулы идеального газа должны представлять собой материальные точки.

Понятие идеального газа полезно в том отношении, что все встречающиеся в природе газы, которые получили название реальных газов, при небольших давлениях и не слишком низких температурах подчиняются общим законам, в точности справедливым лишь для идеального газа. Одним из таких законно и является закон Бойля-Мариотта. Изучение свойств идеального газа позволило сделать ряд теоретических выводов, углубивших представления о явлениях природы. Из реальных газов по своим свойствам ближе всего подходят к свойствам идеального газа водород и гелий.