גז מושלם

כידוע, לכל החומרים בטבע יש משלהםמצב מצטבר, שאחד מהם הוא גז. החלקיקים המרכיבים - מולקולות ואטומים - ממוקמים במרחק רב זה מזה. במקביל הם בתנועה חופשית מתמדת. מאפיין זה מציין כי האינטראקציה של חלקיקים מתרחשת רק ברגע הגישה, להגדיל באופן חמור את המהירות של מולקולות מתנגש ואת גודל שלהם. זה מצב גזי של החומר שונה מוצק ונוזל.

המילה "גז" ביווניתכמו "תוהו ובוהו". זה מאפיין באופן מושלם את התנועה של חלקיקים, שהוא למעשה אקראי וכאוטי. הגז אינו יוצר משטח מסוים, הוא ממלא את כל נפח זמין אליו. מצב כזה של חומרים הוא הנפוץ ביותר ביקום שלנו.

חוקים הקובעים את המאפיינים וההתנהגותחומר כזה, קל יותר לנסח ולשקול, למשל, מצב שבו הצפיפות היחסית של מולקולות ואטומים נמוכה. הוא נקרא "הגז האידיאלי". בתוך זה, המרחק בין חלקיקים גדול יותר מאשר רדיוס האינטראקציה של כוחות intermolecular.

לכן, גז אידיאלי הוא מודל תיאורטי של חומר שבו האינטראקציה של חלקיקים נעדרת כמעט לחלוטין. לגביו, התנאים הבאים חייבים להתקיים:

1. גודל מולקולה קטן מאוד.

2. אין כוח של אינטראקציה ביניהם.

3. התנגשויות מתרחשות כמו התנגשויות של כדורים אלסטיים.

דוגמה טובה למצב כזה של חומר היא גזים, שבהם הלחץ בטמפרטורה נמוכה אינו עולה על הלחץ האטמוספרי בפקטור של 100. הם מדורגים כמו משוחררים.

עצם הרעיון של "גז אידיאלי" אפשרמדע לבנות תיאוריה מולקולרית-קינטית, המסקנות של אשר אושרו בניסויים רבים. תיאוריה זו מבדילה בין גזים אידיאליים לקלאסיים וקוונטים.

המאפיינים של הראשונים משתקפיםחוקי הפיזיקה הקלאסית. התנועה של חלקיקים בגז זה אינה תלויה זה בזה, הלחץ המופעל על הקיר שווה לסכום של הרגע הנמסר על ידי מולקולות בודדות במהלך התנגשות. האנרגיה שלהם, בסך הכל, מורכבת של חלקיקים בודדים. העבודה של גז אידיאלי במקרה זה מחושב על ידי משוואת Clpeyron p = nkT. דוגמה בולטת לכך היא החוקים שמפיקים אותם פיסיקאים כמו בויל-מריוט, גיי-לוסאק, צ'ארלס.

אם הגז האידיאלי מוריד את הטמפרטורה אומגביר את הצפיפות של חלקיקים לערך מסוים, ומגדיל את תכונות הגל שלה. יש מעבר גז קוונטי, שבו אורכי גל של אטומים ומולקולות הם להשוות עם המרחק ביניהם. כאן אנו מבחינים בין שני סוגים של גז אידיאלי:

1. תורתם של בוז ואיינשטיין: לחלקיקים מסוג אחד יש ספין שלם.

2. הסטטיסטיקה של פרמי ודיראק: סוג אחר של מולקולה בעלת ספין חצי אינטגרלי.

ההבדל בין הגז האידיאלי הקלאסי לביןקוונטית היא כי אפילו בטמפרטורת אפס לחלוטין את הערך של צפיפות האנרגיה והלחץ שונה מאפס. הם הופכים גדולים יותר עם צפיפות הגוברת. במקרה זה, חלקיקים יש מקסימום (שם אחר - גבול) אנרגיה. מנקודת מבט זו, התיאוריה של מבנה הכוכבים נחשבת: אצל אלה שבהם הצפיפות היא מעל 1-10 ק"ג / ס"מ 3, חוק האלקטרון מובהק בבירור. והיכן הוא עולה על 109kg / cm3, החומר הופך נוירונים.

במתכות, השימוש בתיאוריה שבההגז האידיאלי הקלאסי הופך להיות קוונטי אחד, מאפשר לנו להסביר את רוב המאפיינים המתכתיים של מצב החומר: ככל שהחלקיקים צפופים יותר, כך קרוב יותר לאידיאל.

בטמפרטורות נמוכות מאוד בולטותשל חומרים שונים במצבים נוזליים ומוצקים, תנועה קולקטיבית של מולקולות יכולה להיחשב עבודה של גז אידיאלי המיוצג על ידי עירורים חלשים. במקרים כאלה, התרומה לאנרגיה של הגוף המוסיפה חלקיקים גלוי.