В чем различие между реальным и идеальным газом кратко
Обновлено: 05.07.2024
В обычных условиях, когда средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул много меньше их средней кинетической энергии, свойства реальных газов незначительно отличаются от свойств идеального газа и к реальным газам применимы законы, установленные для идеального газа. Другими словами понятие( Реальный газ) ввели физики, для того, чтобы был так называемый эталон газа. И в нём были приняты следующие допущения:
1)Размеры молекул малы по сравнению со средним расстоянием между ними; молекулы можно принимать за материальные точки.
2)Силы притяжения между молекулыми не учитываются, а ситы отталкивания возникают только при соударениях молекул.
3)Молекулы сталкиваются друг с другом как абсолютно упругие шары, движение которых описывается законами механики.
Чтобы создать идеальный газ, нужно пренебречь межмолекулярным взаимодействием, но для реализации данного условия необходимо увеличивать температуру газа и расстояние между молкулами, тоесть разряжать газ. Например, водород, кислород, азот при н. У. (нормальных условиях) в атмосере можно рассматривать как идеальные газы.
Реальный газ отличется от идеального наличием взаимодействия молекул. При малых плоностях в нем преобладают силы притяжения, что приводит к появлению дополнительного давления: газ как бы сжимает сам себя. При больших плотностях действуют силы отталкивания, вследтсвие чего молекула не допускает проникновения других молекул в занимаемый ею объем. Пренебрегать собственным объемом молекул реального газа нельзя.
При не слишком высоком давлении (например, при атмосферном) и не слишком низкой температуре (например, при комнатной) реальный газ с достаточной степенью точности подчиняется законам идеального газа.
Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:
а) между молекулами отсутствуют силы притяжения, т. Е. Молекулы ведут себя как абсолютно упругие тела;
б) газ очень, разрежен, т. Е. Расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;
в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно.
Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при соответстсвующем разрежении реального газа. Некоторые газы даже при комнатной температуре и атмосферном давлении слабо отличаются от идеальных. Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.
Разница между реальным и идеальным газом - Разница Между
Содержание:
Главное отличие - реальный против идеального газа
Газ - это тип физического состояния, в котором может существовать материя. Когда частицы или молекулы соединения могут свободно перемещаться в любом месте внутри контейнера, это соединение называется газом. Газообразное состояние отличается от двух других физических состояний (твердое и жидкое состояние) в зависимости от способа упаковки частиц или молекул. Настоящий газ - это газообразное соединение, которое действительно существует. Идеальный газ - это газообразное соединение, которое в действительности не существует, но является гипотетическим газом. Тем не менее, некоторые газообразные соединения демонстрируют примерно такое же поведение, что и идеальные газы при определенных условиях температуры и давления. Следовательно, мы можем применять газовые законы для такого рода реальных газов, предполагая, что они являются идеальными газами. Даже если обеспечены надлежащие условия, реальный газ не может стать на 100% близким к поведению идеального газа из-за различий между реальным и идеальным газом. Основное различие между реальным и идеальным газом заключается в том, что молекулы реального газа имеют межмолекулярные силы, тогда как идеальный газ не имеет межмолекулярных сил.
Ключевые области покрыты
1. Что такое настоящий газ
- Определение, специфические свойства
2. Что такое идеальный газ
- Определение, специфические свойства
3. В чем разница между реальным и идеальным газом
- Сравнение основных различий
Ключевые слова: газ, идеальный газ, газовые законы, межмолекулярные силы, реальный газ
Что такое настоящий газ
Настоящий газ - это газообразное соединение, которое действительно существует в окружающей среде. Эти реальные газы состоят из разных атомов или молекул, которые называются частицами. Эти частицы газа находятся в постоянном движении. Частица газа имеет определенный объем и массу. Следовательно, газ имеет определенный объем и массу. Объем газа рассматривается как объем контейнера, в котором хранится газ.
Некоторые реальные газы состоят из атомов. Например, газ гелий состоит из атомов гелия. Но другие газы состоят из молекул. Например, газообразный азот состоит из N2 молекулы. Следовательно, эти газы имеют массу и объем.
Кроме того, реальные молекулы газа имеют межмолекулярные притяжения между ними. Эти силы притяжения называются ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями. Эти силы притяжения слабы. Столкновения между реальными молекулами газа неэластичны. Это означает, что когда две настоящие частицы газа коллоидны друг с другом, можно наблюдать изменение энергии частицы и изменение направления ее движения.
Однако некоторые реальные газы могут вести себя как идеальные газы в условиях низкого давления и высокой температуры. При высоких температурах кинетическая энергия молекул газа увеличивается. Поэтому движение молекул газа ускоряется. Это приводит к меньшему или отсутствию межмолекулярных взаимодействий между реальными молекулами газа.
Поэтому в условиях низкого давления и высокой температуры мы можем применять газовые законы для реальных газов. Например, при низком давлении и высокой температуре;
PV / nRT ≈ 1
Где P - давление газа,
n - число молей газа,
R - идеальная газовая постоянная и
Т - температура системы.
Это значение называется коэффициент сжимаемости, Это значение, которое используется в качестве поправочного коэффициента для отклонения свойства реального газа от идеального газа. Но для реальных газов PV ≠ nRT.
Рисунок 1: Коэффициент сжимаемости для разных газов относительно идеального газа
Хотя значение PV / nRT точно не равно 1, оно приблизительно равно значению при условиях низкого давления и высокой температуры.
Что такое идеальный газ?
Идеальный газ - это гипотетический газ, которого на самом деле не существует в окружающей среде. Понятие идеального газа было введено, поскольку поведение реальных газов сложное и отличается друг от друга, а поведение реального газа можно описать в отношении свойств идеального газа.
Идеальные газы - это газообразные соединения, которые состоят из очень крошечных молекул, которые имеют незначительный объем и массу. Как мы уже знаем, все реальные газы состоят из атомов или молекул, которые имеют определенный объем и массу. Столкновения между молекулами идеального газа упругие. Это означает, что нет изменений кинетической энергии или направления движения газовой частицы.
Между частицами идеального газа нет сил притяжения. Поэтому частицы движутся здесь и там свободно. Однако идеальные газы могут стать настоящими газами при высоких давлениях и низких температурах, поскольку частицы газа сближаются друг с другом с уменьшенной кинетической энергией, которая приведет к образованию межмолекулярных сил.
Рисунок 2: Поведение идеального газа по отношению к газу He и газу CO2
Идеальный газ подчиняется всем газовым законам без каких-либо предположений. Значение PV / nRT для идеального газа равно 1. Поэтому значение для PV равно значению для nRT. Если это значение (коэффициент сжимаемости) равно 1 для конкретного газа, то это идеальный газ.
Разница между реальным и идеальным газом
Определение
Настоящий газ: Настоящий газ - это газообразное соединение, которое действительно существует в окружающей среде.
Идеальный газ: Идеальный газ - это гипотетический газ, которого на самом деле не существует в окружающей среде.
Межмолекулярные аттракционы
Настоящий газ: Между частицами реального газа существуют силы межмолекулярного притяжения.
Идеальный газ: Между частицами идеального газа нет сил межмолекулярного притяжения.
Газовая частица
Настоящий газ: Частицы в реальном газе имеют определенный объем и массу.
Идеальный газ: Частицы в идеальном газе не имеют определенного объема и массы.
Столкновения
Настоящий газ: Столкновения между реальными молекулами газа неэластичны.
Идеальный газ: Столкновения между молекулами идеального газа упругие.
Кинетическая энергия
Настоящий газ: Кинетическая энергия частиц реального газа изменяется при столкновениях.
Идеальный газ: Кинетическая энергия частиц идеального газа постоянна.
Изменение в государстве
Настоящий газ: Настоящий газ может вести себя как идеальный газ при низком давлении и высоких температурах.
Идеальный газ: Идеальный газ может вести себя как настоящий газ при высоком давлении и низких температурах.
Заключение
Настоящие газы - это газообразные соединения, которые действительно существуют в окружающей среде. Но идеальные газы - это гипотетические газы, которых на самом деле не существует. Эти идеальные газы могут быть использованы для понимания поведения реальных газов. Применяя закон о газе для реального газа, мы можем предположить, что реальные газы ведут себя как идеальные газы при условиях низкого давления и высокой температуры. Но точным способом является использование поправочных коэффициентов для расчетов, а не допущения. Поправочные коэффициенты получаются путем определения разницы между реальным и идеальным газом.
Термодинамика представляет собой науку о взаимных превращениях различных видов энергии. Она не рассматривает вопросов, связанных с микрофизическим механизмом изучаемых явлений. Основу термодинамики составляют фундаментальные законы природы. Они называются законами или началами термодинамики. Благодаря высокой достоверности и независимости этих законов от свойств конкретных тел термодинамика успешно решает разнообразные задачи технического характера. На основе термодинамики разрабатывают новые и совершенствуют существующие тепловые машины и установки и создают высокоэффективные технологии, обеспечивающие экономнее расходование энергетических и материальных ресурсов. Совокупность инженерных приложений термодинамики образует се раздел, называемый технической термодинамикой.
Идеальные и реальные газы.
Под идеальными понимают такие газы, в которых отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, а сами молекулы принимаются за материальные точки, равномерно распределенные и не имеющие объема.
В природе идеальных газов нет. Однако часто встречаются такие реальные газы, н которых силы взаимодействия между молекулами и объемы самих молекул чрезвычайно малы. Такие газы принимают за идеальные.
Наиболее распространенными газами, применяемыми в технике, и которые в теплотехнических расчетах вполне допустимо считать идеальными, являются: кислород, водород, азот, окись углерода, углекислый газ, метан и практически все реальные газы, за исключением водяного пара, можно считать идеальными. Но если водяной пар перегрет и является частью газовых смесей, то его парциальное давление маю, а температура велика. В этом случае он далек от состояния жидкости. Такой пар можно считать идеальным.
В реальных газах в отличие от идеальных существенны силы меж молекулярных взаимодействий, и пренебрегать объемом молекул нельзя. В таких газах молекулы могут сближаться между собой только до некоторого минимального расстояния, гак как между молекулами возникают силы отталкивания. Поэтому можно считать, что свободный для движения удельный объем будет равен v — b, где b — тот наименьший удельный объем, до которого можно сжать газ, а v — удельный объем сосуда. В соответствии с этим длина свободного пробега молекул уменьшается, и давление увеличивается по сравнению с идеальным газом в отношении
Основными параметрами газов считают: удельный объем о, абсолютное давление р и абсолютную температуру Т.
Переход рабочего тела из одного состояния в другое под влиянием внешних воздействий называют термодинамическим процессом.
Удельный объем v, м 3 /кг, представляет собой объем единицы массы вещества:
где V — объем, занимаемый веществом, м 3 ; М — масса вещества, кг.
Плотностью ρ, кг/м 3 , называется величина, обратная удельному объему v:
Температура характеризует степень нагретости тела. Это мера средней кинетической энергии тела. Чем больше средняя скорость движения молекул, тем больше температура газа.
Температуру измеряют в двух шкалах: в градусах шкалы Цельсия (°С) и в градусах шкалы Кельвина (К).
В качестве точки отсчета на шкале Цельсия берется так называемая тройная точка состояния воды, для которой характерно существование трех фаз вещества (вода, пар и лёд), находящихся в термодинамическом равновесии. Тройной точке воды соответствует температура 273 К или О °С.
На шкале Кельвина точкой отсчета является температура абсолютного нуля (О К), при которой прекращается тепловое движение молекул.
Между температурами, выраженными в градусах Кельвина и Цельсия, существует зависимость
Давление р с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть средний результат уларов молекул газа, находящихся в непрерывном хаотическом движении, о стенки сосуда, н котором находится газ. Значение давления определяется по следующей формуле:
где Р — нормальная составляющая силы, Н; F — площадь поверхности, перпендикулярная к действующей силе, м 2 .
В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па), 1 Па — 1 Н/м 2 . Существуют и внесистемные единицы давления: 1 бар = 1 атм = 10 5 Па = 760 мм рт. ст. = 10 200 мм вод. ст.
Давление бывает: абсолютное, манометрическое, атмосферное, или барометрическое, и вакуумметричсское. Эти давления связаны следующими выражениями:
где рабс — абсолютное давление; рман — манометрическое давление; рбар = ратм — барометрическое или атмосферное давление; рвак — вакуумметрическое давление.
Вопросы и задания:
2. Что разрабатывают на основе термодинамики?
4. Какие газы допустимо считать идеальными?
5. Чем реальные газы отличаются от идеальных?
6. Что такое термодинамический процесс?
7. Что такое удельный объем? Дать развернутый ответ с формулой.
8. Что такое плотность? Дать развернутый ответ с формулой.
9. Что такое степень нагретости?
10. В каких шкалах измеряется температура?
11. Какова зависимость между температурами, выраженными в градусах Кельвина и Цельсия?
12. Что такое давление р с точки зрения молекулярно-кинетической теории? Дать развернутый ответ с формулой.
13. Какое бывает давление?
Термодинамика представляет собой науку о взаимных превращениях различных видов энергии. Она не рассматривает вопросов, связанных с микрофизическим механизмом изучаемых явлений. Основу термодинамики составляют фундаментальные законы природы. Они называются законами или началами термодинамики. Благодаря высокой достоверности и независимости этих законов от свойств конкретных тел термодинамика успешно решает разнообразные задачи технического характера. На основе термодинамики разрабатывают новые и совершенствуют существующие тепловые машины и установки и создают высокоэффективные технологии, обеспечивающие экономнее расходование энергетических и материальных ресурсов. Совокупность инженерных приложений термодинамики образует се раздел, называемый технической термодинамикой.
Идеальные и реальные газы.
Под идеальными понимают такие газы, в которых отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, а сами молекулы принимаются за материальные точки, равномерно распределенные и не имеющие объема.
В природе идеальных газов нет. Однако часто встречаются такие реальные газы, н которых силы взаимодействия между молекулами и объемы самих молекул чрезвычайно малы. Такие газы принимают за идеальные.
Наиболее распространенными газами, применяемыми в технике, и которые в теплотехнических расчетах вполне допустимо считать идеальными, являются: кислород, водород, азот, окись углерода, углекислый газ, метан и практически все реальные газы, за исключением водяного пара, можно считать идеальными. Но если водяной пар перегрет и является частью газовых смесей, то его парциальное давление маю, а температура велика. В этом случае он далек от состояния жидкости. Такой пар можно считать идеальным.
В реальных газах в отличие от идеальных существенны силы меж молекулярных взаимодействий, и пренебрегать объемом молекул нельзя. В таких газах молекулы могут сближаться между собой только до некоторого минимального расстояния, гак как между молекулами возникают силы отталкивания. Поэтому можно считать, что свободный для движения удельный объем будет равен v — b, где b — тот наименьший удельный объем, до которого можно сжать газ, а v — удельный объем сосуда. В соответствии с этим длина свободного пробега молекул уменьшается, и давление увеличивается по сравнению с идеальным газом в отношении
Основными параметрами газов считают: удельный объем о, абсолютное давление р и абсолютную температуру Т.
Переход рабочего тела из одного состояния в другое под влиянием внешних воздействий называют термодинамическим процессом.
Удельный объем v, м 3 /кг, представляет собой объем единицы массы вещества:
где V — объем, занимаемый веществом, м 3 ; М — масса вещества, кг.
Плотностью ρ, кг/м 3 , называется величина, обратная удельному объему v:
Температура характеризует степень нагретости тела. Это мера средней кинетической энергии тела. Чем больше средняя скорость движения молекул, тем больше температура газа.
Температуру измеряют в двух шкалах: в градусах шкалы Цельсия (°С) и в градусах шкалы Кельвина (К).
В качестве точки отсчета на шкале Цельсия берется так называемая тройная точка состояния воды, для которой характерно существование трех фаз вещества (вода, пар и лёд), находящихся в термодинамическом равновесии. Тройной точке воды соответствует температура 273 К или О °С.
На шкале Кельвина точкой отсчета является температура абсолютного нуля (О К), при которой прекращается тепловое движение молекул.
Между температурами, выраженными в градусах Кельвина и Цельсия, существует зависимость
Давление р с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть средний результат уларов молекул газа, находящихся в непрерывном хаотическом движении, о стенки сосуда, н котором находится газ. Значение давления определяется по следующей формуле:
где Р — нормальная составляющая силы, Н; F — площадь поверхности, перпендикулярная к действующей силе, м 2 .
В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па), 1 Па — 1 Н/м 2 . Существуют и внесистемные единицы давления: 1 бар = 1 атм = 10 5 Па = 760 мм рт. ст. = 10 200 мм вод. ст.
Давление бывает: абсолютное, манометрическое, атмосферное, или барометрическое, и вакуумметричсское. Эти давления связаны следующими выражениями:
где рабс — абсолютное давление; рман — манометрическое давление; рбар = ратм — барометрическое или атмосферное давление; рвак — вакуумметрическое давление.
Вопросы и задания:
2. Что разрабатывают на основе термодинамики?
4. Какие газы допустимо считать идеальными?
5. Чем реальные газы отличаются от идеальных?
6. Что такое термодинамический процесс?
7. Что такое удельный объем? Дать развернутый ответ с формулой.
8. Что такое плотность? Дать развернутый ответ с формулой.
9. Что такое степень нагретости?
10. В каких шкалах измеряется температура?
11. Какова зависимость между температурами, выраженными в градусах Кельвина и Цельсия?
12. Что такое давление р с точки зрения молекулярно-кинетической теории? Дать развернутый ответ с формулой.
В идеальном газе молекулы могут сталкиваться друг с другом и тем самым взаимодействовать друг с другом, но у них нет внутренних степеней свободы. И таким образом, энергия движения молекул не переходит на возбуждение внутренних степеней свободы, например на внутренние колебания молекул. Другими словами, при взаимодействии молекул друг с другом в идеальном газе точно выполняется закон сохранения импульса. Импульс не расходуется на внутримолекулярные движения.
Таким образом взаимодействие между молекулами идеального газа присутствует, но энергия этого взаимодействия остается в виде кинетической энергии движения молекул.
Кстати, молекулы идеального газа взаимодействуют и со стенками сосуда, но это взаимодействие тоже чисто упругое. Энергия не передается стенке и не расходуется на колебания стенок сосуда. Никакой принципиальной разницы между взаимодействием молекул друг с другом и взаимодействием молекул и стенок сосуда нет. (Стенку сосуда можно представлять просто как очень большую молекулу. )
В реальном газе молекулы взаимодействуют между собой неупруго, то есть при столкновении часть энергии уходит на возбуждение внутненних движений в молекуле. Поэтому в реальном газе, если рассматривать молекулы как точки, не выпорлняется закон сохранения импульса. (На самом деле он сохраняется, просто часть этого импульса переходит во внутренние движения в самой молекуле. )
Поэтому чтобы смоделировать реальным газом идеальный газ, надо чтобы газ был очень разрежен, чтобы столкновения молекул были редкими. Или надо, чтобы внутренние степени свободы молекулы реального газа плохо возбуждались, то есть взаимодействия молекул были достаточно упругими.
Идеальный газ - газ, в котором его частицы не взаимодействуют.
Разумеется, в реальном мире это всегда не так, но идеальный газ - приближение, которое зачастую оказывается правомерным. Так, например, в воздухе, которым мы дышим, при 20 градусах Цельсия, пробег частиц (молекул газов, составляющих воздух) от одного соударения до другого составляет примерно 0,1мм. Учитывая, что размер молекул - порядка 1нм, получается, что расстояния между частицами газов в воздухе в 100 000 больше самих частиц. Значит, приближение допустимо и воздух вполне тянет на идеальный газ.
Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.
Модель широко применяется для решения задач термодинамики газов и задач аэрогазодинамики. Например, воздух при атмосферном давлении и комнатной температуре с большой точностью описывается данной моделью. В случае экстремальных температур или давлений требуется применение более точной модели, например модели газа Ван-дер-Ваальса, в котором учитывается притяжение между молекулами.
Различают классический идеальный газ (его свойства выводятся из законов классической механики и описываются статистикой Больцмана) и квантовый идеальный газ (свойства определяются законами квантовой механики, описываются статистиками Ферми — Дирака или Бозе — Эйнштейна) .
Читайте также: