Глоссарий по физике

Идеальный газ

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 l_T=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 l₀ЪLЪl_Т. При l₀Ъl_ТЪL 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 rдl_T. Это условие можно записать в виде

При rхl_T 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).

Литература по идеальным газам

1. Чепмен С., Каулинг Т., Математическая теория неоднородных газов, пер. с англ., M., 1960;
2. Панченков Г. M., Лебедев В. II, Химическая кинетика и катализ, 2 изд., M., 1974;
3. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Верд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей пер. с англ., M., 1961;
4. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е., Техническая термодинамика, 4 изд M., 1983
5. Исихара А.. Статистическая физика, пер. с англ., М., 1973;
6. Спроул Р., Современная физика, пер. с англ., М., 1974;
7. Xир К., Статистическая механика, кинетическая теория и стохастические процессы, пер. с англ., M., 1976;
8. Гордиец Б. Ф., Осипов А. И., Шелепин Л. А., Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры, M., 1980.
9. Башкин Е. П., Спиновые волны и квантовые коллективные явления в больцмановских газах, "УФН", 1986, т. 148, с. 433,

Ю. Н. Любитов