Когда модель идеального газа можно применить к описанию реального газа?

Предмет: Физика
Раздел: Молекулярная физика, Термодинамика (раздел, связанный с идеальным и реальным газом)

Вопрос:
Когда модель идеального газа можно применить к описанию реального газа?

Подробное объяснение:

Модель идеального газа — это упрощённая физическая модель, в которой:

• молекулы газа считаются материальными точками (размером пренебрегают),
• между молекулами отсутствуют силы взаимодействия (нет притяжения и отталкивания),
• столкновения молекул — абсолютно упругие.

Реальные газы имеют молекулы конечного размера и между ними существуют силы взаимодействия (например, ван-дер-ваальсовы силы). Поэтому модель идеального газа не всегда применима к ним.

Однако в определённых условиях поведение реального газа приближается к идеальному. Это происходит, когда:

• Температура достаточно высокая, чтобы кинетическая энергия молекул значительно превышала потенциальную энергию их взаимодействия.
• Давление достаточно низкое, чтобы расстояние между молекулами было большим по сравнению с их размерами, и силы взаимодействия между молекулами были незначительными.

Ответ:

Модель идеального газа можно применить к описанию реального газа, если газ находится при высоких температурах и низких давлениях.

Или более строго:

 T \gg T_{\text{кр}} \quad \text{и} \quad P \ll P_{\text{кр}} 

где  T_{\text{кр}}  и  P_{\text{кр}}  — критическая температура и критическое давление данного вещества.

В этих условиях реальные газы ведут себя почти как идеальные, и можно применять уравнение состояния идеального газа:

 PV = nRT 

где:

• P — давление,
• V — объём,
• n — количество вещества,
• R — универсальная газовая постоянная,
• T — абсолютная температура.