Кіріспе

Нақты газдардың мінез-құлқын жуықтап көрсететін математикалық модель. Идеал газ – бөлшектер арасында өзара әрекеттесу болмайтын, кездейсоқ қозғалатын нүктелік бөлшектерден тұратын теориялық газ. Идеал газ тұжырымдамасы пайдалы, себебі ол идеал газ заңына, қарапайым күй теңдеуіне бағынады және статистикалық механикада талдау жасауға ыңғайлы. Егер, мысалы, өзара әрекеттесу толық серпімді болса немесе нүктелік соқтығысулар ретінде қарастырылса, нөлдік өзара әрекеттесу шартын жиі жеңілдетуге болады. Температура мен қысымның әртүрлі жағдайларында көптеген нақты газдар идеал газ сияқты мінез-құлық көрсетеді, онда газ молекулалары (немесе моноатомдық газ үшін атомдар) идеал бөлшектердің рөлін атқарады. Азот, оттегі, сутек, инертті газдар сияқты көптеген газдар, сондай-ақ көмірқышқыл газы сияқты кейбір ауыр газдар мен ауа сияқты қоспаларды стандартты температура мен қысымға жақын кең параметрлер диапазонында белгілі бір дәлдікпен идеал газ ретінде қарастыруға болады. Жалпы, газ жоғары температурада және төмен қысымда, стандартты температурада және қысымда (273,15 К температура және 105 Па абсолюттік қысым) идеал газ сияқты мінез-құлық көрсетеді. Идеал газ моделі төмен температурада немесе жоғары қысымда, молекулалық күштер мен молекуланың мөлшері маңызды болатын жағдайларда сәтсіздікке ұшырайды. Бұл модель көптеген тоңазытқыштар сияқты ауыр газдар үшін де қолданылмайды.

Идеалдық кванттық газдар

Жоғарыда аталған Саккур–Тетроде теңдеуінде энтропия тұрақтысының ең тиімді таңдауы бөлшектің кванттық жылу толқын ұзындығына пропорционалды екені анықталды, ал логарифмнің аргументі нөлге жуықталатын нүкте, бөлшектер арасындағы орташа қашықтықтың жылу толқын ұзындығына тең болатын нүктеге шамамен сәйкес келеді. Шындығында, кванттық теорияның өзі де осыны болжайды. Кез келген газ жеткілікті жоғары температурада және жеткілікті төмен тығыздықта идеал газ сияқты мінез-құлық көрсетеді, бірақ Саккур–Тетроде теңдеуінің қолданысы шектеле бастағанда, газ бозондар немесе фермиондардан тұратын кванттық газ ретінде мінез-құлық көрсете бастайды. (Идеалдық кванттық газдардың, соның ішінде идеалдық Больцман газының шығарылуын қарастыру үшін «қоршаудағы газ» мақаласын қараңыз.) Газдар температура Бойль температурасына жеткенде, кең ауқымды қысымдарда идеал газ сияқты мінез-құлық көрсетеді.

Идеалдық Бозе және Ферми газдары

Бозоннан тұратын идеалдық газ (мысалы, фотондар газы) Бозе-Эйнштейн статистикасымен басқарылады және энергияның таралуы Бозе-Эйнштейн таралуы түрінде болады. Фермионнан тұратын идеалдық газ Ферми-Дирак статистикасымен басқарылады және энергияның таралуы Ферми-Дирак таралуы түрінде болады.