Ідэальны газ

Як вядома, усё рэчыва ў прыродзе маюць сваё агрэгатны стан, адным з якіх з'яўляецца газ. Складнікі яго часціцы - малекулы і атамы - размешчаны адзін ад аднаго на вялікай адлегласці. Пры гэтым яны знаходзяцца ў пастаянным вольным руху. Гэта ўласцівасць паказвае на тое, што ўзаемадзеянне часціц адбываецца толькі ў момант збліжэння, рэзка павялічваючы хуткасць якія сутыкаюцца малекул і іх велічыню. Гэтым газападобнае стан рэчыва адрозніваецца ад цвёрдага і вадкага.

Само слова «газ» у перакладзе з грэцкага гучыць як «хаос». Гэта выдатна характарызуе рух часцінак, якое на самай справе бязладна і хаатычна. Газ не ўтварае пэўнай паверхні, ён запаўняе ўвесь даступны яму аб'ём. Такі стан рэчываў - самае распаўсюджанае ў нашай Сусвету.

Законы, якія вызначаюць ўласцівасці і паводзіны такога рэчыва, лягчэй за ўсё фармуляваць і разглядаць на прыкладзе стану, у якім адносная шчыльнасць малекул і атамаў нізкая. Яно атрымала назву «ідэальны газ». У ім адлегласць паміж часціцамі больш, чым радыус ўзаемадзеяння межмолекулярных сіл.

Такім чынам, ідэальны газ - гэта тэарэтычная мадэль рэчывы, у якой амаль цалкам адсутнічае ўзаемадзеянне часціц. Для яго павінны існаваць наступныя ўмовы:

1. Вельмі маленькія памеры малекул.

2. Няма сілы ўзаемадзеяння паміж імі.

3. Сутыкнення адбываюцца як сутыкнення пругкіх шарыкаў.

Добрым прыкладам такога стану рэчывы можна назваць газы, у якіх ціск пры нізкай тэмпературы не перавышае атмасфернае ў 100 разоў. Яны лічацца разраджаным.

Само паняцце "ідэальны газ" дало магчымасць навуцы выбудаваць малекулярна-кінэтычную тэорыю, высновы якой знаходзяць пацверджанне ў шматлікіх эксперыментах. Па гэтай тэорыяй адрозніваюцца ідэальныя газы класічныя і квантавыя.

Характарыстыкі першага знаходзяць сваё адлюстраванне ў законах класічнай фізікі. Рух часціц у гэтым газе не залежыць адзін ад аднаго, які аказваецца ціск на сценку раўняецца суме імпульсаў, якія пры сутыкненні перадаюцца асобнымі малекуламі за пэўны час. Іх энергія ж у суме складае аб'яднаную асобнымі часціцамі. Праца ідэальнага газу ў гэтым выпадку разлічваецца раўнаннем Клапейрона p = nkT. Яскравым прыкладам гэтага служаць законы, выведзеныя такімі навукоўцамі-фізікамі, як Бойль-Мариотт, Гей-Люссак, Шарль.

Калі ідэальны газ паніжае тэмпературу або павялічвае шчыльнасць часціц да пэўнага значэння, павышаюцца яго хвалевыя ўласцівасці. Адбываецца пераход да газу квантавым, пры якім даўжыня хваль атамаў і малекул параўнальная з адлегласцю паміж імі. Тут адрозніваюць два тыпу ідэальнага газу:

1. Вучэнне Базэ і Эйнштэйна: часціцы аднаго выгляду маюць цэлалікавых спін.

2. Статыстыка Фермі і Дирака: іншы тып малекул, якія маюць полуцелый спін.

Адрозненне класічнага ідэальнага газу ад квантавага складаецца ў тым, што нават пры абсалютна нулявы тэмпературы значэнне шчыльнасці энергіі і ціску адрозніваюцца ад нуля. Яны становяцца больш пры павелічэнні шчыльнасці. У гэтым выпадку часціцы маюць максімальную (іншая назва - межавую) энергію. З гэтага пункту гледжання разглядаецца тэорыя будовы зорак: у тых з іх, у якіх шчыльнасць вышэй 1-10 кг / см3, ярка выяўлены закон электронаў. А дзе яна перавышае 109кг / см3, рэчыва ператвараецца ў нейроны.

У металах выкарыстанне тэорыі, пры якой класічны ідэальны газ пераходзіць у квантавы, дазваляе растлумачыць вялікую частку металічных уласцівасцяў стану рэчыва: чым шчыльней часціцы, тым гэта бліжэй да ідэалу.

Пры моцна выяўленых нізкіх тэмпературах розных рэчываў у вадкіх і цвёрдых станах калектыўнае рух малекул можна разглядаць як працу ідэальнага газу, прадстаўленага слабымі ўзбуджэннямі. У такіх выпадках бачны ўклад у энергію цела, які дадаюць часціцы.