理想気体と現実気体: 違いと比較

私たちを取り巻く空気、身の回りにいる動物、そして私たち自身の体も、分子やさまざまな気体で構成されています。これらのガスは私たちの生活に欠かせないものです。私たちは毎秒呼吸し、ガスを放出しています。

しかし、ガスには明確な種類があります。いくつかは仮説でさえあります。理想気体と実在気体の違いは、気体をよりよく理解するのに役立ちます。

重要なポイント
理想気体は気体の法則に完全に従う理論気体ですが、実在気体は分子間力によりこれらの法則から逸脱します。
理想気体には体積力も分子間力もありませんが、実在気体には体積力と分子間力があります。
理想気体は決して液化できませんが、実在気体は低温高圧で液化できます。

理想気体と実在気体

理想気体は、粒子間の相互作用を受けない理論上の気体です。理想気体の概念は有用であり、理想気体の法則に従います。本物の気体は、気体の圧力、温度、体積が相互にどのように関係しているかを記述する気体法則に従って動作する気体です。

理想気体は理論上の気体であり、現実には存在しません。圧力と温度のすべての条件でガスの法則に従います。理想気体は、粒子間相互作用を受けないため、あらゆる方向にランダムに移動する複数の微小粒子を持っています。

一方、実在気体は私たちの周りの環境に存在します。実在気体は、高温低圧の条件でのみ気体の法則に従います。これらのガスの分子は互いに相互作用するため、理想的なガスのようには振る舞いません。

比較のパラメータ	理想気体	実在ガス
定義	理想気体は、圧力と温度のすべての条件下ですべての気体法則に従います。	実在気体は、圧力が低く温度が高い条件下でのみ気体の法則に従います。
分子の動き	理想気体中の分子は自由に動き、粒子間相互作用には関与しません。	実在気体の分子は互いに衝突し、粒子間相互作用を受けます。
占有ボリューム	理想気体が占める体積は、総体積に比べて無視できます。	実在気体が占める体積は、総体積と比較するとかなりのものです。
圧力	理想気体は高圧です。	実在気体の実際の圧力は、理想気体の圧力よりも低くなります。
存在する勢力	理想気体には分子間引力は存在しません。	実在気体に存在する力は、引力または斥力のいずれかです。
式	理想気体は次の式に従います。 PV=nRT	実在気体は式 (P+(an²/V²))(V-nb)=nRT。

あらゆる方向にランダムに移動する複数の粒子で構成される理想気体は、粒子間相互作用を受けない気体です。

気体の法則と状態方程式に従います。理想気体では、分子間の衝突は完全に弾性的であり、衝突が発生しても運動エネルギーの損失はありません。

理想気体には分子間引力がありません。これは仮説上の気体であり、環境中に存在しないことを意味します。理想気体法則のモデルは、ニュートン力学と量子力学で研究されてきました。

理論的には、理想気体は気体分子の運動圧力から生じることが理解できます。分子はニュートンの法則に従って容器の壁に衝突します。

また、絞り過程で理想気体の圧力を下げると、その温度には変化が見られないことがわかります。

理想気体は体積が小さいので凝縮しません。また、固体、液体、および気体相の温度と圧力が変化するポイントである三重点もありません。純粋な物質平衡状態で共存できます。理想気体は式 PV=nRT に従います。

本物のガスは、特定の条件下でガス法に従うガスです。これらは理想気体ではありません。本物の気体が存在するには、圧力は低く、温度は高くなければなりません。

実在気体の気体粒子は移動し、互いに相互作用します。これらの衝突は非弾性です。つまり、運動エネルギーがいくらか失われます。

実在気体の分子は体積を占めています。実在気体の分子間力は、引力または斥力のいずれかです。実在のガスは仮想的なものではなく、大気中に存在することを意味します。

実在気体の状態方程式を説明するモデルは複数ありますが、最もよく使われるのはファンデルワールスモデルです。

実在気体の体積は、理想気体と比較して、高圧でもかなり大きくなります。また、絞り過程で実在気体の圧力を下げると、ジュール・トンプソンが正か負かによって、温度が上昇または下降する可能性があります。

理想気体とは対照的に、現実気体は沸点まで冷却されると凝縮します。実ガスの一般的な例には、酸素、窒素、水素、二酸化炭素などが含まれます。実ガスが従う式は、(P+(an2/V2))(V-nb)=nRT です。

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