이상 기체 정의

이상 기체는 어떤 조건에서도 이상 기체 법칙에 의해 상태가 완전히 결정되는 가상의 기체입니다. 즉, 압력, 온도, 부피 및 물질의 양(몰수)이 다음 수학 방정식에 의해 관계되는 기체입니다.

여기서 P 는 절대 압력, V 는 기체가 차지하는 부피, n 은 존재하는 기체 입자의 몰수, T 는 절대 온도 , R 은 보편적 이상 기체 상수입니다. 이것은 3자유도의 상태방정식으로, 4개의 변수(P, V, n, T) 중 3개에 대한 지식이 즉시 4번째 값을 결정하므로 시스템의 상태를 완전히 정의합니다. .

이상 기체의 특성

• 그들은 모든 조건에서 이상 기체 법칙을 따릅니다.
• 그들은 점 입자로 구성됩니다.
• 그 입자는 서로 상호 작용하지 않습니다.
• 그들은 상 변화를 겪지 않습니다. 즉, 응결이나 침전을 겪을 수 없습니다.
• 내부 에너지는 온도에 비례합니다.
• 비열과 어금니 모두 일정한 열용량을 가지고 있습니다.

왜 이상적입니까?

이상 기체는 물질을 찾을 수 있는 가장 단순한 상태인 기체 상태의 단순화된 모델을 나타냅니다. T가 아닌 P, V의 값에 대해 이상 기체 방정식을 충족한다는 것은 이상 기체가 우리가 원하는 만큼 작은 부피로 무한히 압축될 수 있음을 의미하기 때문에 이것은 이상 모델입니다(즉, 실제가 아닙니다). , 압력이나 온도에 관계없이 기체 상태를 중단하지 않고(즉, 액체 또는 고체 상태가 되지 않음).

이것은 우리의 상상 속에서만 가능합니다(따라서 이상이라는 용어는 우리 마음 속에만 존재하는 아이디어에서 나온 것입니다). 즉, 실제 가스의 부피를 지속적으로 줄이면 어느 시점에서 가스 입자가 사용 가능한 모든 부피를 차지하게 되어 더 이상 압축할 수 없게 됩니다. 가스를 무한정 압축하려면 점 입자, 즉 질량은 있지만 공간에서 자리를 차지하지 않는 입자로 구성되어야 하는데 이는 사실이 아닙니다.

또한 가스를 압축하고 입자를 더 가깝게 이동할 때 가스가 응축되지 않는 유일한 방법은 입자가 어떤 식으로든 서로 상호 작용하지 않는 경우입니다. 실제 세계에서는 가장 약한 상호 작용도 거리에 따라 감소합니다. 즉, 입자를 서로 더 가깝게 이동하면 상호 작용이 증가합니다. 이것은 실제 기체를 압축할 때 어떤 지점에서 입자가 서로 충분히 가까워서 이러한 힘이 기체 입자를 함께 묶을 수 있을 만큼 충분히 강하여 응축된 상, 즉 액체 또는 고체를 형성한다는 것을 의미합니다.

이상 기체처럼 행동하는 실제 기체

이상 기체가 존재하지 않는다면 물어볼 가치가 있습니다. 그러면 이 모델은 무엇입니까? 답은 다행스럽게도 많이 있습니다. 실제 기체는 우리가 상상할 수 있는 모든 압력, 온도 및 부피 조건에서 이상적으로 작동하지 않습니다. 그러나 대부분의 실제 가스는 특정 조건 하에서 이상적인 것처럼 행동합니다. 특정 조건에서는 실제 행동에 거의 기여하지 않아 무시할 수 있습니다.

이를 위해서는 기본적으로 두 가지 주요 조건이 충족되어야 합니다.

1. 모든 가스 입자가 차지하는 부피는 이동할 수 있는 부피(즉, 입자를 포함하는 용기의 부피)에 비해 무시할 수 있습니다. 이 조건은 입자가 가능한 한 점 입자와 유사하도록 합니다.
2. 입자들 사이의 상호 작용이 너무 약하고 너무 짧아서 용기 내에서의 움직임에 실질적으로 영향을 미칠 수 없습니다.

첫 번째 조건은 실제 가스의 압력이 낮을 때 충족됩니다. 이러한 조건에서는 입자가 거의 없으므로 용기의 전체 부피를 입자가 자유롭게 이동할 수 있습니다.

두 번째 조건은 고온에서 충족됩니다. 온도는 기체를 포함하여 물질을 구성하는 입자의 평균 운동 에너지의 직접적인 척도임을 기억하십시오. 온도가 높을수록 입자가 컨테이너 내부에서 더 빨리 이동하므로 입자 사이의 인력 효과는 무시할 수 있습니다.

또한 가스를 구성하는 입자가 개별 분자이든 원자이든(비활성 가스의 경우와 같이) 극성이 아니며 입자와 다른 입자 사이에 가능한 유일한 상호 작용 형태라는 두 번째 조건을 제공하는 데 도움이 됩니다. 런던 분산력, 즉 알려진 가장 약한 분자간 상호 작용입니다.

참조

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