Otaczające nas powietrze, otaczające nas zwierzęta, a nawet nasze własne ciała składają się z cząsteczek i różnych gazów. Gazy te są istotną częścią naszego życia. Oddychamy i co sekundę emitujemy gazy. Ale istnieją różne rodzaje gazów. Niektóre są nawet hipotetyczne. Różnica między gazem idealnym a gazem rzeczywistym pomaga nam lepiej zrozumieć gazy.
Gaz idealny a gaz rzeczywisty
Różnica między gazem idealnym a gazem rzeczywistym polega na tym, że ten pierwszy jest gazem hipotetycznym, podczas gdy ten drugi istnieje w czasie rzeczywistym. Gaz doskonały zawsze podlega prawom gazu, podczas gdy gaz rzeczywisty podlega tym prawom w określonych warunkach. Te dwa gazy różnią się również objętością zajmowaną przez ich cząsteczki, sposobem interakcji itp.
Idealny gaz jest gazem teoretycznym, co oznacza, że w rzeczywistości nie istnieje. Respektuje prawa gazowe w każdych warunkach ciśnienia i temperatury. Gaz doskonały ma wiele drobnych cząstek, które losowo poruszają się we wszystkich kierunkach, ponieważ nie podlegają interakcji międzycząsteczkowej.
Z drugiej strony, w otaczającym nas środowisku obecny jest prawdziwy gaz. Gazy rzeczywiste podlegają prawom gazowym tylko w warunkach wysokiej temperatury i niskiego ciśnienia. Cząsteczki tych gazów oddziałują ze sobą, dlatego nie zachowują się jak gaz doskonały.
Tabela porównawcza między gazem idealnym a gazem rzeczywistym
| Parametry porównania | Gaz doskonały | Prawdziwy gaz |
| Definicja | Gaz doskonały podlega wszystkim prawom gazowym w każdych warunkach ciśnienia i temperatury. | Gazy rzeczywiste podlegają prawom gazowym tylko w warunkach, w których ciśnienie jest niskie, a temperatura wysoka. |
| Ruch cząsteczek | Cząsteczki gazu doskonałego mogą się swobodnie poruszać i nie uczestniczą w interakcjach międzycząsteczkowych. | Cząsteczki gazu rzeczywistego zderzają się ze sobą i podlegają interakcji międzycząsteczkowej. |
| Wolumen zajęty | Objętość zajmowana przez gaz doskonały jest pomijalna w porównaniu z całkowitą objętością. | Objętość zajmowana przez gaz rzeczywisty jest znaczna w porównaniu z całkowitą objętością. |
| Ciśnienie | Gaz doskonały ma wysokie ciśnienie. | Rzeczywiste ciśnienie w gazie rzeczywistym jest niższe niż ciśnienie gazu doskonałego. |
| obecne siły | W gazie doskonałym nie występują międzycząsteczkowe siły przyciągania. | Siły obecne w prawdziwym gazie są albo przyciągające, albo odpychające. |
| Formuła | Gaz doskonały jest zgodny ze wzorem; PV=nRT | Gazy rzeczywiste są zgodne ze wzorem (P+(an2/V2))(V-nb)=nRT. |
Czym jest gaz doskonały?
Składający się z wielu cząstek, które poruszają się losowo we wszystkich kierunkach, gaz doskonały to taki, który nie podlega interakcji międzycząsteczkowej. Jest zgodny z prawami gazowymi, a także równaniem stanu. W idealnym gazie zderzenia między cząsteczkami są doskonale elastyczne; oznacza to, że w przypadku zderzenia nie dochodzi do utraty energii kinetycznej.
Gaz doskonały nie ma międzycząsteczkowych sił przyciągania. Jest gazem hipotetycznym, co oznacza, że nie występuje w środowisku. Model prawa gazu doskonałego był badany zarówno w dynamice newtonowskiej, jak iw mechanice kwantowej.
Teoretycznie można zrozumieć, że gaz doskonały, który powstaje z ciśnienia kinetycznego cząsteczek gazu. Cząsteczki zderzają się ze ściankami pojemnika zgodnie z prawami Newtona. Zrozumiałe jest również, że gdy ciśnienie gazu doskonałego zostanie zmniejszone w procesie dławienia, nie zaobserwuje się zmiany jego temperatury.
Gaz doskonały nie kondensuje, ponieważ ma znikomą objętość. Brakuje również punktu potrójnego, czyli punktu, w którym temperatura i ciśnienie fazy stałej, ciekłej i gazowej czystej substancji mogą współistnieć w równowadze. Gaz doskonały spełnia wzór PV=nRT.
Czym jest prawdziwy gaz?
Gazy rzeczywiste to te gazy, które w określonych warunkach podlegają przepisom dotyczącym gazów. Nie są gazami idealnymi. Aby istniały prawdziwe gazy, ciśnienie powinno być niskie, a temperatura wysoka. Cząstki gazowe rzeczywistych gazów poruszają się i oddziałują ze sobą. Zderzenia te są nieelastyczne, co oznacza utratę energii kinetycznej.
Cząsteczki gazów rzeczywistych zajmują objętość. Siły międzycząsteczkowe w prawdziwym gazie mogą być przyciągające lub odpychające. Prawdziwy gaz nie jest hipotetyczny, co oznacza, że istnieje w atmosferze. Istnieje wiele modeli wyjaśniających równanie stanu gazu rzeczywistego, ale najczęściej używanym jest model Van Der Waala.
Objętość gazu rzeczywistego pozostaje znacznie wysoka pod wysokim ciśnieniem w porównaniu z gazem idealnym. Ponadto, gdy ciśnienie gazu rzeczywistego jest zmniejszane w procesie dławienia, temperatura prawdopodobnie wzrośnie lub spadnie w zależności od tego, czy Joule-Thompson jest dodatni, czy ujemny.
W przeciwieństwie do gazu idealnego, prawdziwy gaz skondensuje się, gdy zostanie schłodzony do temperatury wrzenia. Typowe przykłady rzeczywistych gazów obejmują tlen, azot, wodór, dwutlenek węgla itp. Formuła przestrzegana przez gaz rzeczywisty to (P+(an2/V2))(V-nb)=nRT.
Główne różnice między gazem idealnym a gazem rzeczywistym
Wniosek
Gaz doskonały to taki, w którym zderzenia pomiędzy wszystkimi cząsteczkami są z natury elastyczne, co oznacza, że nie podlegają interakcji międzycząsteczkowej. W rzeczywistości gaz doskonały nie istnieje. Ma charakter czysto teoretyczny. Pojęcie gazu doskonałego pomaga nam zrozumieć prawa gazu, a także analizować mechanikę statystyczną.
Prawdziwy gaz to taki, który w warunkach normalnego ciśnienia i temperatury nie spełnia praw gazowych. Jego cząsteczki oddziałują ze sobą, dlatego rzeczywisty nie zachowuje się jak gaz doskonały. Gaz rzeczywisty ma prędkość, masę i objętość. Mają tendencję do upłynniania się po schłodzeniu do temperatury wrzenia.
Bibliografia
- https://asmedigitalcollection.asme.org/GT/proceedings-abstract/GT1969/V001T01A071/231855
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.73.922
