Газово уравнение
Идеално уравнение на състоянието на газа - формула, която установява връзката между налягането, моларния обем и абсолютната температура на идеалния газ. Връзката p = nkT свързва налягането на газа с неговата температура и концентрация на молекули за модела на идеален газ, чиито молекули взаимодействат помежду си и със стените на съда само по време на еластични сблъсъци. Тази връзка може да бъде написана в друга форма, като се установи връзка между макроскопичните параметри на даден газ - обем V, налягане p, температура T и количеството вещество ?. За целта използвайте равенствата
Тук N е броят на молекулите в съда, NА е константата на Авогадро, m е масата на газа в съда, M е моларната маса на газа. В резултат получаваме:
Продуктът на константата на Авогадро от константата на Болцман k се нарича универсална газова константа и се обозначава с буквата R. Числовата й стойност в SI е:
R = 8,31 J/mol • K
Съотношение
(*)
Наречен идеално уравнение на състоянието на газа.
За един мол от който и да е газ това съотношение има формата:
pV = RT
Ако температурата на газа е равна на Tn = 273,15 K (0 ° C) и налягането е pn = 1 atm = 1,013 • 105 Pa, тогава те казват, че газът е при нормални условия. Както следва от уравнението на състоянието на идеален газ, един мол от всеки газ при нормални условия заема същия обем V0, равен на
V0 = 0,0224 m3/mol = 22,4 dm3/mol
Това твърдение се нарича закон на Авогадро.
Уравнението, установяващо връзката между налягане, обем и температура на даден газ, е получено в средата на 19 век от френския физик Б. Клапейрон. За първи път е написана във формата (*) от Д. И. Менделеев. Следователно уравнението на състоянието на газа се нарича уравнение Клапейрон - Менделеев.
Трябва да се отбележи, че много преди теоретично да се получи уравнението на състоянието на идеален газ въз основа на молекулярно-кинетичен модел, законите, регулиращи поведението на газовете при различни условия, бяха добре проучени експериментално. Следователно уравнение (*) може да се разглежда като обобщение на експериментални факти, които намират обяснение в молекулярно-кинетичната теория.
Газът може да участва в различни топлинни процеси, при които всички параметри, описващи неговото състояние (p, V и T), могат да се променят. Ако процесът протича достатъчно бавно, тогава всеки момент системата е близо до равновесното си състояние. Такива процеси се наричат квазистатични. В обичайната ни времева скала тези процеси може да не протичат много бавно. Например разреждането и компресирането на газ в звукова вълна, случващо се стотици пъти в секунда, може да се разглежда като квазистатичен процес. Квастатичните процеси могат да бъдат изобразени на диаграма на състоянието (например в p, V координати) като траектория, всяка точка от която представлява състояние на равновесие.