گاز ایده آل در مقابل گاز واقعی
گاز یکی از حالاتی است که ماده در آن وجود دارد. خواص متناقضی از جامدات و مایعات دارد. گازها نظم ندارند و هر فضایی را اشغال می کنند. رفتار آنها تا حد زیادی تحت تأثیر متغیرهایی مانند دما، فشار و غیره است.
گاز ایده آل چیست؟
گاز ایده آل یک مفهوم نظری است که ما از آن برای اهداف مطالعه خود استفاده می کنیم. برای اینکه یک گاز ایده آل باشد، آنها باید ویژگی های زیر را داشته باشند. اگر یکی از اینها وجود نداشته باشد، گاز به عنوان گاز ایده آل در نظر گرفته نمی شود.
• نیروهای بین مولکولی بین مولکول های گاز ناچیز است.
• مولکول های گاز به عنوان ذرات نقطه ای در نظر گرفته می شوند. بنابراین، در مقایسه با فضایی که مولکول‌های گاز اشغال می‌کنند، حجم مولکول‌ها ناچیز است.
معمولاً مولکول های گازی هر فضای معینی را پر می کنند. بنابراین وقتی فضای بزرگی توسط هوا اشغال می شود، مولکول گاز خود در مقایسه با فضا بسیار کوچک است. بنابراین فرض مولکول های گاز به عنوان ذرات نقطه ای تا حدودی صحیح است. با این حال، برخی از مولکول های گاز با حجم قابل توجهی وجود دارد. نادیده گرفتن صدا در این موارد خطا می دهد. طبق فرض اول، باید در نظر بگیریم که هیچ برهمکنش بین مولکولی بین مولکول‌های گازی وجود ندارد. با این حال، در واقعیت، حداقل تعاملات ضعیفی بین آنها وجود دارد. اما، مولکول های گازی به سرعت و به طور تصادفی حرکت می کنند. بنابراین، آنها زمان کافی برای ایجاد برهمکنش های بین مولکولی با مولکول های دیگر ندارند. بنابراین، با نگاهی به این زاویه، پذیرش فرض اول نیز تا حدودی معتبر است. اگرچه ما می گوییم گازهای ایده آل تئوری هستند، نمی توانیم بگوییم 100٪ درست است.مواردی وجود دارد که گازها به عنوان گازهای ایده آل عمل می کنند. یک گاز ایده آل با سه متغیر فشار، حجم و دما مشخص می شود. معادله زیر گازهای ایده آل را تعریف می کند.
PV=nRT=NkT
P=فشار مطلق
V=حجم
n=تعداد خال
N=تعداد مولکول ها
R=ثابت گاز جهانی
T=دمای مطلق
K=ثابت بولتزمن
اگرچه محدودیت هایی وجود دارد، اما رفتار گازها را با استفاده از معادله بالا تعیین می کنیم.
گاز واقعی چیست؟
وقتی یکی از دو یا هر دو فرض ذکر شده در بالا نامعتبر باشد، آن گازها به عنوان گازهای واقعی شناخته می شوند. ما در واقع در محیط طبیعی با گازهای واقعی مواجه می شویم. یک گاز واقعی با شرایط ایده آل در فشارهای بسیار بالا متفاوت است. این به این دلیل است که وقتی فشار بسیار بالایی اعمال می شود، حجمی که گاز در آن پر می شود بسیار کوچکتر می شود.سپس در مقایسه با فضا نمی توانیم اندازه مولکول را نادیده بگیریم. علاوه بر این، گازهای ایده آل در دمای بسیار پایین به حالت واقعی می رسند. در دماهای پایین، انرژی جنبشی مولکول های گازی بسیار کم است. بنابراین، آنها به آرامی حرکت می کنند. به همین دلیل، برهمکنش بین مولکولی بین مولکول‌های گاز وجود خواهد داشت که نمی‌توانیم آن را نادیده بگیریم. برای گازهای واقعی، نمی توانیم از معادله گاز ایده آل بالا استفاده کنیم، زیرا آنها رفتار متفاوتی دارند. معادلات پیچیده تری برای محاسبات گازهای واقعی وجود دارد.
تفاوت بین گازهای ایده آل و واقعی چیست؟
• گازهای ایده آل نیروهای بین مولکولی ندارند و مولکول های گاز به عنوان ذرات نقطه ای در نظر گرفته می شوند. در مقابل، مولکول های گاز واقعی دارای اندازه و حجم هستند. علاوه بر این، آنها نیروهای بین مولکولی دارند.
• گازهای ایده آل را نمی توان در واقعیت یافت. اما گازها در دماها و فشارهای خاص به این شکل رفتار می کنند.
• گازها در فشارهای بالا و دماهای پایین مانند گازهای واقعی رفتار می کنند. گازهای واقعی در فشارهای پایین و دماهای بالا مانند گازهای ایده آل رفتار می کنند.
• گازهای ایده آل را می توان به معادله PV=nRT=NkT مرتبط کرد، در حالی که گازهای واقعی نمی توانند. برای تعیین گازهای واقعی، معادلات بسیار پیچیده تری وجود دارد.
