Ideal Gas vs Real Gas
Το αέριο είναι μία από τις καταστάσεις στις οποίες υπάρχει ύλη. Έχει αντιφατικές ιδιότητες από στερεά και υγρά. Τα αέρια δεν έχουν τάξη και καταλαμβάνουν οποιοδήποτε χώρο. Η συμπεριφορά τους επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από μεταβλητές όπως η θερμοκρασία, η πίεση κ.λπ.
Τι είναι το Ideal Gas;
Το ιδανικό αέριο είναι μια θεωρητική έννοια, την οποία χρησιμοποιούμε για τους σκοπούς της μελέτης μας. Για να είναι ένα αέριο ιδανικό, θα πρέπει να έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά. Εάν λείπει ένα από αυτά, τότε το αέριο δεν θεωρείται ιδανικό αέριο.
• Οι διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ των μορίων αερίου είναι αμελητέες.
• Τα μόρια αερίου θεωρούνται ως σημειακά σωματίδια. Επομένως, σε σύγκριση με τον χώρο που καταλαμβάνουν τα μόρια του αερίου, οι όγκοι των μορίων είναι ασήμαντοι.
Κανονικά αέρια μόρια γεμίζουν κάθε δεδομένο χώρο. Επομένως, όταν ένας μεγάλος χώρος καταλαμβάνεται από αέρα, το ίδιο το μόριο του αερίου είναι πολύ μικρό σε σύγκριση με τον χώρο. Επομένως, η υπόθεση των μορίων αερίου ως σημειακά σωματίδια είναι σωστή σε κάποιο βαθμό. Ωστόσο, υπάρχουν μερικά μόρια αερίου με σημαντικό όγκο. Η παράβλεψη του τόμου δίνει σφάλματα σε αυτές τις περιπτώσεις. Σύμφωνα με την πρώτη υπόθεση, πρέπει να θεωρήσουμε ότι δεν υπάρχει διαμοριακή αλληλεπίδραση μεταξύ αερίων μορίων. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, υπάρχουν τουλάχιστον αδύναμες αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών. Όμως, τα αέρια μόρια κινούνται γρήγορα και τυχαία. Επομένως, δεν έχουν αρκετό χρόνο για να κάνουν διαμοριακές αλληλεπιδράσεις με άλλα μόρια. Επομένως, όταν κοιτάξουμε από αυτή την οπτική γωνία, είναι κάπως έγκυρο να δεχτούμε και την πρώτη υπόθεση. Αν και λέμε ότι τα ιδανικά αέρια είναι θεωρητικά, δεν μπορούμε να πούμε ότι είναι 100% αλήθεια. Υπάρχουν ορισμένες περιπτώσεις όπου τα αέρια λειτουργούν ως ιδανικά αέρια. Ένα ιδανικό αέριο χαρακτηρίζεται από τρεις μεταβλητές, πίεση, όγκο και θερμοκρασία. Η ακόλουθη εξίσωση ορίζει τα ιδανικά αέρια.
PV=nRT=NkT
P=απόλυτη πίεση
V=τόμος
n=αριθμός κρεατοελιών
N=αριθμός μορίων
R=καθολική σταθερά αερίου
T=απόλυτη θερμοκρασία
K=Σταθερά Boltzmann
Αν και υπάρχουν περιορισμοί, προσδιορίζουμε τη συμπεριφορά των αερίων χρησιμοποιώντας την παραπάνω εξίσωση.
Τι είναι το Real Gas;
Όταν μία από τις δύο ή και τις δύο παραδοχές που δίνονται παραπάνω είναι άκυρη, τα αέρια είναι γνωστά ως πραγματικά αέρια. Στην πραγματικότητα συναντάμε πραγματικά αέρια στο φυσικό περιβάλλον. Ένα πραγματικό αέριο διαφέρει από την ιδανική κατάσταση σε πολύ υψηλές πιέσεις. Αυτό συμβαίνει επειδή, όταν εφαρμόζεται πολύ υψηλή πίεση, ο όγκος στον οποίο γεμίζεται το αέριο γίνεται πολύ μικρότερος. Τότε σε σύγκριση με τον χώρο δεν μπορούμε να αγνοήσουμε το μέγεθος του μορίου. Επιπλέον, τα ιδανικά αέρια έρχονται στην πραγματική κατάσταση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η κινητική ενέργεια των αέριων μορίων είναι πολύ χαμηλή. Ως εκ τούτου, κινούνται αργά. Εξαιτίας αυτού, θα υπάρξει διαμοριακή αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων αερίου, την οποία δεν μπορούμε να αγνοήσουμε. Για τα πραγματικά αέρια, δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την παραπάνω εξίσωση ιδανικού αερίου γιατί συμπεριφέρονται διαφορετικά. Υπάρχουν πιο περίπλοκες εξισώσεις για τους υπολογισμούς των πραγματικών αερίων.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ιδανικών και πραγματικών αερίων;
• Τα ιδανικά αέρια δεν έχουν διαμοριακές δυνάμεις και τα μόρια του αερίου θεωρούνται ως σημειακά σωματίδια. Αντίθετα, τα πραγματικά μόρια αερίου έχουν μέγεθος και όγκο. Επιπλέον έχουν διαμοριακές δυνάμεις.
• Τα ιδανικά αέρια δεν μπορούν να βρεθούν στην πραγματικότητα. Αλλά τα αέρια συμπεριφέρονται με αυτόν τον τρόπο σε ορισμένες θερμοκρασίες και πιέσεις.
• Τα αέρια τείνουν να συμπεριφέρονται ως πραγματικά αέρια σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες. Τα πραγματικά αέρια συμπεριφέρονται ως ιδανικά αέρια σε χαμηλές πιέσεις και υψηλές θερμοκρασίες.
• Τα ιδανικά αέρια μπορούν να συσχετιστούν με την εξίσωση PV=nRT=NkT, ενώ τα πραγματικά αέρια όχι. Για τον προσδιορισμό των πραγματικών αερίων, υπάρχουν πολύ πιο περίπλοκες εξισώσεις.
