Неверные предположения модели идеального газа — и почему она все еще работает!

Что такое идеальный газ? И почему физики используют эту модель для описания реальных газов? В этом видео мы сравним допущения, принятые в модели идеального газа, со свойствами реальных газов, а также рассмотрим, как можно улучшить закон идеального газа в определённых ситуациях.

Как и любая физическая модель, модель идеального газа делает ряд допущений. Во-первых, она предполагает, что каждый идеальный газ состоит из мельчайших идеально сферических частиц. Это не обязательно верно для реальных газов — да, они состоят из мельчайших частиц, но они не сферические.

Во-вторых, модель идеального газа предполагает, что среднее расстояние между частицами намного больше их размера. Это верно для реальных газов при относительно низкой плотности, но это предположение нарушается при увеличении плотности.

В-третьих, модели идеального газа предполагают отсутствие межмолекулярных сил между частицами (за исключением столкновений). Причём эти столкновения должны быть абсолютно упругими (т.е. без потери полной кинетической энергии). Опять же, всё это неверно для реальных газов. Во многих газах существуют межмолекулярные силы (хотя обычно они довольно слабы), а столкновения не всегда упругие.

Так почему же модель идеального газа делает такие предположения? Потому что даже при этих предположениях модель даёт очень близкие и разумные предсказания о поведении реального газа. И эти предположения значительно облегчают изучение газов (особенно математических). Следовательно, чем ближе поведение реального газа к предположениям модели идеального газа, тем лучше модель идеального газа описывает реальный газ.

Кроме того, в ситуациях, когда предположения об идеальном газе не выполняются, мы можем изменить эти предположения. Например, для газов с двухатомными молекулами (молекулами из двух атомов) мы можем избавиться от предположения о «твёрдой сферической частице» и заменить каждую частицу идентичными диатомовыми атомами. Тогда мы сможем учесть кинетическую энергию вращения, запасённую каждым диатомовым атомом.

Кроме того, для газов с более высокой плотностью (где расстояние между частицами того же порядка, что и их размер, а межмолекулярные силы уже не так слабы) мы можем заменить закон идеального газа уравнением Ван-дер-Ваальса.

Многие из вас спрашивали о материалах, которые я использую для создания своих видео, поэтому я публикую здесь несколько партнёрских ссылок! Я получаю небольшую комиссию, если вы совершаете покупку по этим ссылкам. Книга по квантовой физике, которая мне нравится: https://amzn.to/3sxLlgL
Моя камера (Sony A6400): https://amzn.to/2SjZzWq
Нейтральный фильтр: https://amzn.to/3qoGwHk
Микрофон и стойка (Fifine): https://amzn.to/2OwyWvt
Штатив Gorillapod: https://amzn.to/3wQ0L2Q

Большое спасибо за просмотр! Загляните, пожалуйста, в мои соцсети:
Instagram — @parthvlogs
Patreon — patreon.com/parthg
Music Channel — Parth G's Shenanigans
Товары — https://parth-gs-merch-stand.creator-...

Временные метки:
0:00 — Почему идеальный газ называется идеальным? Что в нём идеального?
0:46 — Допущения модели идеального газа: твёрдые сферические частицы
2:19 — Среднее межмолекулярное расстояние больше размера частиц
3:18 — Межмолекулярные силы между частицами отсутствуют?!
4:10 — Вот почему модель идеального газа всё ещё работает!
6:08 — Улучшение модели идеального газа — диатомовые водоросли и газ Ван-дер-Ваальса
7:36 — Спасибо за просмотр! Ссылка на товары ниже :)