理想气体（物理学定义）

理想气体

物理学定义

理想气体（ideal gas）是研究气体性质的一个物理模型。

从微观上看，理想气体的分子有质量，无体积，是质点；每个分子在气体中的运动是独立的，与其他分子无相互作用，碰到容器器壁之前作匀速直线运动；理想气体分子只与器壁发生碰撞，碰撞过程中气体分子在单位时间里施加于器壁单位面积冲量的统计平均值，宏观上表现为气体的压强。

从宏观上看，理想气体是一种无限稀薄的气体，它遵从理想气体状态方程和焦耳内能定律。

定义

忽略气体分子的自身体积，将分子看成是有质量的几何点；假设分子间没有相互吸引和排斥，即不计分子势能，分子与器壁之间发生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失。这种气体称为理想气体。

严格遵从气态方程(PV=(m/M)RT=nRT)(n为物质的量）的气体，叫做理想气体(Ideal gas，有些书上，指严格符合气体三大定律的气体。）

从微观角度来看是指：气体分子本身的体积为0，,气体分子间不存在作用力，不计分子势能的气体称为是理想气体。

概述

气态方程全名为理想气体状态方程，一般指克拉珀龙方程：pV=nRT。其中p为压强，V为体积，n为物质的量，R为普适气体常量，T为绝对温度（T的单位为开尔文(字母为K)，数值为摄氏温度加273.15,如0℃即为273.15K）。

当p，V，n，T的单位分别采用Pa(帕斯卡)，m3(立方米)，mol，K时，R的数值为8.31。该方程严格意义上来说只适用于理想气体，但近似可用于非极端情况（高温低压）的真实气体（包括常温常压）。

性质

1.分子体积与气体体积相比可以忽略不计；

2.分子之间没有相互吸引力；

3.分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失；

4.在容器中，在未碰撞时考虑为作匀速运动，气体分子碰撞时发生速度交换，无动能损失；

5.理想气体的内能是分子动能之和。

推导

指的是克拉伯龙方程来源的三个实验定律：玻(意耳）-马（略特）定律、查理定律和盖·吕萨克定律，以及直接结论pV/T=常量。波意耳-马略特定律：在等温过程中，一定质量的气体的压强跟其体积成反比。即在温度不变时任一状态下压强与体积的乘积是一常数。即p1·V1=p2·V2=C1（常量）。查理定律：一定质量的气体，当其体积一定时，它的压强与热力学温度成正比。即 P1/T1=P2/T2=C3（常量） 或pt=P′0（1+t/273） 式中P′0为0℃时气体的压强，t为摄氏温度。盖·吕萨克定律：当压强P不变时，一定质量的气体，其体积V与绝对温度T成正比：V1/V2=T1/T2=常数，当压强不变时，一定质量的气体，温度每升高(或P降低)1℃，则它的体积比原来增加(或缩小)1/273。综合以上三个定律可得pV/T=常量，这个称为联合气体方程。在此基础再加上阿伏伽德罗定律定律即V/n=恒量（n表示摩尔数），得到理想气体状态方程。

说明

完全气体

在各种温度、压强的条件下，其状态皆服从方程pV=nRT的理想气体又称完全气体(perfect gas)，是理论上假想的一种把实际气体性质加以简化的气体。人们把假想的，在任何情况下都严格遵守气体三定律的气体称为理想气体。就是说：一切实际气体并不严格遵循这些定律，只有在温度较高，压强不大时，偏离才不显著。所以一般可认为温度大于500K或者压强不高于1.01×10^5帕时的气体为理想气体。

进一步说，理想气体是实际气体在压强不断降低情况下的极限，或者说是当压强趋近于零时所有气体的共同特性，即零压时所有实际气体都具有理想气体性质。在n、T一定时，则pV=常数，即其压强与体积成反比，这就是波义耳定律（Boyle's law)。若n、p一定，则V/T=常数，即气体体积与其温度成正比，就是盖·吕萨克定律（J.L.Gay-Lus-sac's law)。理想气体在理论上占有重要地位，而在实际工作中可利用它的有关性质与规律作近似计算。

模型

理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在。实际气体中，凡是本身不易被液化的气体，它们的性质很近似理想气体，其中最接近理想气体的是氢气和氦气。一般气体在压强不太大、温度不太低的条件下，它们的性质也非常接近理想气体。因此常常把实际气体当作理想气体来处理。这样对研究问题，尤其是计算方面可以大大简化。

高压低温

高压或低温气体的状态变化就较显著地偏离气态方程，对方程需要按实际情况加以修正。修正的方法很多，过去常用的一种修正方程叫做范德华方程。它是以考虑分子间的相互作用以及分子本身的体积为前提，对理想气体状态方程进行修正的。 已经退出历史舞台，常用的有virial,rk,srk,qr方程。

应用

1．求平衡态下的参数

2．两平衡状态间参数的计算

3．标准状态与任意状态或密度间的换算

4．气体体积膨胀系数

理想气体对外膨胀可以分为两种情况：一、理想气体周围有其他物体。二、理想气体自由膨胀，即周围没有其他物体。第一种情况下，理想气体做功。第二种情况下，不做功。如果两个容器相连，其中一个容器内充满理想气体，另一个容器内是真空，将两个容器相连后理想气体膨胀充满两个容器，此时，理想气体不做功。一般情况下，如不做特别说明，则认为气体对外膨胀做功。

一般情况下 ,理想气体状态方程的常用形式有两种 :PVT =P′V′T′ ①PV =mμRT②当某种理想气体从一个平衡态变化到另一个平衡态时 ,只要变化前后气体的质量没有增减 。

用①式解题比较方便。当所研究的气体涉及到质量和质量变化问题时 ,用②式求解比较简便。但在教学应用中发现 ,学生普遍对理想气体状态方程PVT =恒量中“恒量”的物理意义理解不深 ,进而对玻意耳—马略特定律、盖·吕萨克定律、查理定律的认识也欠深刻 ,对一些稍加变形的气态方程问题求解困难。在克服物理教学中这一难点时 ,应从分析气体定律中“恒量”的物理。

参考资料

1.一定质量的理想气体的内能与什么因素有关·教育新闻网

2.真空泵选型时常用的相关计算公式·真空技术网