Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Идеальный газ

Идеальный газ (далее И) теоретическая модель газа, в которой пренебрегается взаимодействием частиц газа (средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия).

  Различают классический И (его свойства описываются законами классической физики) и квантовый И, подчиняющийся законам квантовой механики.

  Частицы классического И движутся независимо друг от друга, так что давление И на стенку равно сумме импульсов, переданных за единицу времени отдельными частицами при столкновениях со стенкой, а энергия - сумме энергий отдельных частиц. Классический И подчиняется уравнению состояния Клапейрона p = nkT, где р - давление, n - число частиц в единице объема, k - Больцмана постоянная, Т - абсолютная температура. Частными случаями этого уравнения являются законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля (см. Газы). Частицы классического И распределены по энергиям согласно распределению Больцмана (см. Больцмана статистика). Реальные газы хорошо описываются моделью классического И, если они достаточно разрежены.

  При понижении температуры Т газа или увеличении его плотности n до определенного значения становятся существенными волновые (квантовые) свойства частиц И Переход от классического И к квантовому происходит при тех значениях Т и n, при которых длины волн де Бройля частиц, движущихся со скоростями порядка тепловых, сравнимы с расстоянием между частицами.

  В квантовом случае различают два вида И; частицы газа одного вида имеют целочисленный спин, к ним применима статистика Бозе - Эйнштейна, к частицам другого вида (с полуцелым спином) - статистика - Дирака (см. Статистическая физика).

  И - Дирака отличается от классического тем, что даже при абсолютном нуле температуры его давление и плотность энергии отличны от нуля и тем больше, чем выше плотность газа. При абсолютном нуле температуры существует максимальная (граничная) энергия, которую могут иметь частицы И - Дирака (так называемая Ферми энергия). Если энергия теплового движения частиц И - Дирака много меньше энергии то его называют вырожденным газом. Согласно теории строения звезд, в звездах, плотность которых превышает 1-10 кг/см3, существует вырожденный - Дирака И электронов, а в звездах с плотностью, превышающей 109 кг/см3, вещество превращается в - Дирака И нейтронов (см. Нейтронные звезды).

  Применение теории И - Дирака к электронам в металлах позволяет объяснить многие свойства металлического состояния. Реальный вырожденный - Дирака И тем ближе к идеальному, чем он плотнее.

  Частицы И Бозе - Эйнштейна при абсолютном нуле температуры занимают наинизший уровень энергии и обладают равным нулю импульсом (И в состоянии конденсата). С повышением Т число частиц в конденсате постепенно уменьшается и при некоторой температуре Т0 (температуре фазового перехода) конденсат исчезает (все частицы конденсата приобретают импульс). При Т < Т0 давление И Бозе - Эйнштейна зависит только от температуры. Свойствами такого И обладает при температурах, близких к абсолютному нулю, гелий. Другим примером И Бозе - Эйнштейна является электромагнитное излучение (И фотонов), находящееся в тепловом равновесии с излучающим телом. И фотонов является также примером ультрарелятивистского И, то есть совокупности частиц, движущихся со скоростями, равными или близкими скорости света. Уравнение состояния такого газа: р = e/3, где e - плотность энергии газа. При достаточно низких температурах различного рода коллективные движения в жидкостях и твердых телах (например, колебания решетки) можно представить как И слабых возбуждений (квазичастиц), энергия которых вносит свой вклад в энергию тела (см. Твердое тело, Квантовая жидкость).

  В. Л. Покровский.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 05.07.2022 05:41:39