Идеальный газ - теоретич. модель газа ,в к-рой пренебрегают размерами и взаимодействиями частиц газа и учитывают лишь их упругие
столкновения. Это первонач. представление было расширено, в более
широком понимании И. г. состоит из частиц, представляющих собой упругие
сферы радиуса r или эллипсоиды, у них проявляется атомная структура.
Расшир. модель И. г. позволяет учитывать не только поступательное, но и
вращательное и колебательное движения его частиц,
вводить в рассмотрение наряду с центральным и нецентральное соударение,
исследовать переходы энергии из одной степени свободы в другую и т. д.
Внутр. энергия И. г. определяется лишь кинетич. энергией его частиц (в
противоположность модели решёточного газа, в частности Изинга модели,
где кинетич. энергией пренебрегают и учитывают лишь потенц. энергию
взаимодействия частиц).
Модель И. г. предложена в 1847 Дж. Герапатом (J. Herapath). На основе
этой модели были теоретически выведены ранее эксперим. установленные
газовые законы (законы Бойля - Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, Авогадро).
Эта модель И. г. легла в основу молекулярно-кинетич. представлений.
Позднее экспериментально были обнаружены отклонения от законов И. г. [А.
В. Реньо (Н. V. Regnault), Дж. Томсон (J. Thomson), Т. Эндрюс (Th.
Andrews)], а в 1873 эти отклонения были теоретически обоснованы Й. Д.
Ван-дер-Ваальсом (J. D. van der Waals).
Модель И. г. справедлива для реальных классич. и квантовых газов при
достаточно высоких температурах и разрежениях. В совр. физике понятие И. г. применяют при описании ансамбля любых слабовзаимодействующих частиц и квазичастиц, бозонов
и фермионов. Осн. законы И. г.- уравнение состояния и закон Авогадро,
впервые связавший макрохарактеристики газа (давление, температуру, массу) с
массой его молекулы. Мн. кинетич. и термодинамич. свойства реальных
газов в рамках этой модели могут быть выражены в виде степенных
разложений с помощью функций распределения частиц И. г.
Модель И. г. позволяет оценить мн. характеристики газа, напр. ср.
расстояние L между частицами: L~n-1/3, где п - плотность газа (число частиц в ед. объёма), а с учётом пуассоновского характера пространственного распределения частиц L=0,55396 п-1/3 Критерий идеальности к.- л. газа eЪ1, где e=nr3
- безразмерный параметр плотности.
При квантовомеханич. описании атомов и молекул И. г., кроме классич.
параметров (давления, температуры, плотности, массы частиц и т. д.),
вводится дополнительно длина волны де Бройля lT=h/mv для частицы, движущейся как целое, и l0=h/mv0 для внутримолекулярных движений (т и m - масса и приведённая масса молекулы, v0 и v скорости внутримолекулярных перемещений и движения молекулы как целого соответственно). Квантовые эффекты проявляются при l0ЪLЪlТ. При l0ЪlТЪL
движение частицы как целого описывается законами классич. механики, а
внутримолекулярное - квантово-механич. законами.
К внутримолекулярным движениям относят также и акты столкновений частиц
газа, для к-рых классич. рассмотрение допустимо лишь при rдlT. Это условие можно записать в виде
При rхlT столкновения сопровождаются дифракц.
эффектами и классич. рассмотрение неправомерно. Подставляя реальные
параметры в (*), можно установить, что существенно квантовые явления
должны наблюдаться, напр., для изотопов водорода и гелия при низких
темп-pax. К квантовым эффектам относится также динамика намагниченности в спин-поляризованных разреженных газах (напр., коллективные спиновые осцилляции).
Ю. Н. Любитов
 |
