Perfekta gāze

Kā zināms, visām vielām dabā ir savs agregācijas stāvoklis, no kuriem viens ir gāze. Sastāvdaļas - molekulas un atomi - atrodas lielā attālumā viens no otra. Tajā pašā laikā viņi atrodas pastāvīgā brīvā kustībā. Šis īpašums norāda, ka daļiņu mijiedarbība notiek tikai tuvināšanas brīdī, strauji palielinot sadursmolekļu molekulu ātrumu un to lielumu. Šis vielas gāzveida stāvoklis atšķiras no cietā un šķidruma.

Vārds "gāze" grieķu valodā nozīmē "haoss". Tas pilnīgi raksturo daļiņu kustību, kas patiesībā ir nejauša un haotiska. Gāze neveido īpašu virsmu, tas aizpilda visu pieejamo tilpumu. Šāds vielu stāvoklis visbiežāk sastopams mūsu Visumā.

Likumi, kas nosaka šādas vielas īpašības un uzvedību, ir visvieglāk formulēti un ņemti vērā tādā stāvoklī, kurā relatīvais molekulu un atomu blīvums ir mazs. To sauca par "ideālu gāzi". Tajā attālums starp daļiņām ir lielāks par mijiedarbības rādiusu starp molekulārajiem spēkiem.

Tātad ideāla gāze ir vielas teorētiskais modelis, kurā daļiņu mijiedarbība gandrīz pilnīgi nepastāv. Viņam ir jābūt šādiem nosacījumiem:

1. Ļoti mazu molekulu izmēri.

2. Nav savstarpēji mijiedarbības spēka.

3. Sadursme notiek kā elastīgo bumbiņu sadursme.

Labs piemērs šādam vielas stāvoklim ir gāzes, kurās spiediens zemā temperatūrā nepārsniedz atmosfēras spiedienu 100 reizes. Tie ir ierindoti kā izlādēti.

Pati ideālā gāzes jēdziens ļāva zinātnei izveidot molekulārās kinētiskās teorijas, kuras secinājumi ir apstiprināti daudzos eksperimentos. Saskaņā ar šo doktrīnu ideālas gāzes ir klasiskas un kvantiskas.

Pirmo raksturojumu atspoguļo klasiskās fizikas likumi. Daļiņu kustība šajā gāzē nav atkarīga viena no otras, spiediens uz sienas ir vienāds ar to momentu summu, ko sadursmes laikā pārraida atsevišķas molekulas. Kopumā viņu enerģiju veido atsevišķas daļiņas. Ideālā gāzes darbu šajā gadījumā aprēķina ar Clapeyron vienādojumu p = nkT. Pārsteidzošs piemērs tam ir likumi, ko radījuši tādi fiziķi kā Boyle-Mariott, Gay-Lussac, Charles.

Ja ideāla gāze pazemina temperatūru vai palielina daļiņu blīvumu līdz noteiktai vērtībai, tās viļņu īpašības palielinās. Pastāv pāreja uz kvantu gāzi, kurā atomu un molekulu viļņu garumi ir salīdzināmi ar attālumu starp tiem. Šeit mēs izšķir divu veidu ideālas gāzes:

1. Bosea un Einšteina mācība: viena veida daļiņām ir vesels skaitlis.

2. Fermi un Diraka statistika: cita veida molekula, kurai ir pus-integrālais spin.

Atšķirība starp klasisko ideālo gāzi un kvantu ir tā, ka pat pilnīgi nulles temperatūrā enerģijas un spiediena blīvuma vērtība atšķiras no nulles. Tie kļūst arvien lielāki, pieaugot blīvumam. Šajā gadījumā daļiņām ir maksimāla (cita nosaukuma - robežas) enerģija. No šī viedokļa tiek uzskatīta zvaigznāju struktūras teorija: tajās no tām, kurās blīvums ir lielāks par 1-10 kg / cm3, elektronu likums ir skaidri izteikts. Un, ja tas pārsniedz 109 kg / cm3, viela pārvēršas par neironiem.

Metālos teorijas izmantošana, kurā klasiskā ideālā gāze pārvēršas par kvantu, ļauj izskaidrot lielāko daļu no materiāla stāvokļa metāla īpašībām : jo daļiņas ir blīvākas, jo tuvāk tam ir ideāls.

Pie stipri izteikta zemu temperatūru dažādām vielām šķidrā un cietā stāvoklī, kolektīvo molekulu kustību var uzskatīt par ideālas gāzes darbu, ko raksturo vājas izkropļojumi. Šādos gadījumos ir redzama ķermeņa enerģija, kas pievieno daļiņas.