Теория:
При изучении газов в обычных условиях (например, воздух в комнате) учёные заметили, что расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул. Из-за этого силы притяжения между ними практически не действуют, а кинетическая энергия движения молекул гораздо больше энергии их взаимодействия.
Чтобы упростить расчёты и понять основные законы поведения газов, физики ввели специальную модель — идеальный газ.
Чтобы упростить расчёты и понять основные законы поведения газов, физики ввели специальную модель — идеальный газ.
Идеальный газ — это теоретическая модель газа, в которой не учитываются размеры молекул (они считаются материальными точками) и их взаимодействие между собой (за исключением момента столкновения).
Основные допущения модели
1. Молекулы — это крошечные шарики (материальные точки), их собственный объём настолько мал, что им можно пренебречь по сравнению с объёмом сосуда.
2. Между столкновениями молекулы движутся свободно и прямолинейно, силы притяжения между ними отсутствуют.
3. Взаимодействуют молекулы только при непосредственном столкновении, которое считается абсолютно упругим (как удар бильярдных шаров).
Важно понимать, что в природе не существует идеального газа — это физическая модель. Однако для реальных газов при не слишком высоких давлениях и не слишком низких температурах эта модель работает очень точно. Именно благодаря ей удалось вывести основное уравнение МКТ, связывающее давление газа со скоростью движения его молекул.
Давление идеального газа пропорционально произведению массы молекулы на концентрацию и средний квадрат их скорости.
(\(1\)) — основное уравнение МКТ, где
\(р\) — давление идеального газа,
\(m_{0}\) — масса одной молекулы,
\(n\) — концентрация молекул,
— средняя квадратичная скорость.
\(m_{0}\) — масса одной молекулы,
\(n\) — концентрация молекул,
— средняя квадратичная скорость.
Если через обозначить среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы: , то уравнение (\(1\)) можно записать в форме .
Данная формула связывает давление идеального газа со средней кинетической энергией движения молекул.