Gaz rzeczywisty - Polski Serwis Naukowy

Gaz rzeczywisty – pojęcie termodynamiczne oznaczające gaz, który nie zachowuje się ściśle zgodnie z prawami ustalonymi dla gazu doskonałego. W praktyce są to wszystkie gazy istniejące w realnym świecie, aczkolwiek przybliżenie gazu doskonałego może w wielu warunkach być do nich z powodzeniem zastosowane. Przybliżenie to zawodzi jednak w skrajnych warunkach, oraz gdy istnieje potrzeba dokonania bardzo dokładnych obliczeń w warunkach zbliżonych do normalnych.

Objętość molowa - objętość, jaką zajmuje jeden mol substancji. Jednostką objętości molowej w układzie SI jest m3/mol. Objętość molową podaje się dla określonych warunków, zwykle dla warunków normalnych.

Równanie Clapeyrona, równanie stanu gazu doskonałego to równanie stanu opisujące związek pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i objętością gazu doskonałego, a w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste. Sformułowane zostało w 1834 roku przez Benoîta Clapeyrona. Prawo to można wyrazić wzorem

W pewnych warunkach gaz rzeczywisty można opisać za pomocą równania van der Waalsa uwzględniającego objętości własne cząsteczek gazu oraz niektóre oddziaływania międzycząsteczkowe, które teoria gazu doskonałego ignoruje. W skrajnych warunkach jednak zawodzi nawet równanie van der Waalsa.

Współczynnik sprężystości objętościowej (K) - wielkość opisująca odporność ciała na zmianę objętości, gdy jest ono poddane kompresji izometrycznej (jednolitej w każdym kierunku). Miara ta jest zdefiniowana jako ciśnienie potrzebne do uzyskania określonego zmniejszenia objętości.

Wirialne równanie stanu gazu opisuje stan gazu rzeczywistego. Ma postać szeregu potęgowego (Kamerlingha - Onnesa), którego pierwszy człon stanowi równanie stanu gazu doskonałego. Z reguły równanie to jest podane dla 1 mola gazu, a więc zamiast objętości w równaniu pojawia się objętość molowa gazu .

Współczynnik ściśliwości

Miarą odchylenia zachowania gazu rzeczywistego od gazu idealnego jest współczynnik ściśliwości (współczynnik kompresji) Z: $Z = \frac{pV_{m}}{RT}$

gdzie:

p – ciśnienie gazu

Vm = V/n – objętość molowa gazu (V – objętości, n – ilości gazu [mol])

R – uniwersalna stała gazowa

T – temperatura bezwzględna

Dla gazu doskonałego w każdych warunkach Z = 1 co wynika z równania stanu gazu doskonałego (równanie Clapeyrona). Dla gazów rzeczywistych Z może znacznie odbiegać od jedności, w pewnych warunkach i zawsze dla silnie rozrzedzonego gazu (p → 0 oraz ρ → 0) również dla gazów rzeczywistych Z → 0. Wartość Z = 1 nie oznacza jednak, że gaz będzie miał takie same właściwości jak gaz doskonały, gdyż wiele z nich zależy od pochodnych wielkości fizycznych. Współczynniki ściśliwości opisywane są ilościowo za pomocą wirialnych równań stanu gazu.

Termodynamika - nauka o energii, dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów. Wbrew rozpowszechnionym sądom termodynamika nie zajmuje się wyłącznie przemianami cieplnymi, lecz także efektami energetycznymi reakcji chemicznych, przemian z udziałem jonów, przemianami fazowymi, a nawet przemianami jądrowymi i energią elektryczną.

Warunki normalne — to ściśle określona temperatura i ciśnienie otoczenia, które stanowią rodzaj punktu odniesienia do niektórych obliczeń fizyko-chemicznych.

Powyżej zdefiniowany współczynnik ściśliwości Z jest wielkością bezwymiarową, niezależną od układu jednostek, która ma określić odchylenie danego układu gazowego od stanu gazu doskonałego – w odróżnieniu od ogólniej sformułowanego współczynnika ściśliwości.