Уравнение состояния газа

Состояние газа в однородной системе является функцией трех переменных - давления p, удельного объёма v, температуры T. Состояние можно выразить через любые две переменные, поскольку третью можно выразить через уравнение состояния. Такое уравнение называт термическим.

Оно отображает поверхность состояния газа. Если одна из величин постоянна, то переменных остаётся две, и состояние можно отобразить на плоской диаграмме состояния. Например, часто используют p-v диаграмму для отображения процесса сжатия газа.

Уравнение состояния реального газа может быть довольно сложным и неудобным для анализа, поэтому для большинства практических задач используют уравнение Клапейрона:

- уравнение состояния идеального газа, записанное для 1 кг газа. Это уравнение выводится из молекулярно-кинетической теории, где молекулы газа представляются упругими шарами, которые сталкиваются со стенкой сосуда и друг с другом, но не имеют сил притяжения-отталкивания. Уравнение Клапейрона лучше подходит для разряженного газа и высоких температур.

R - удельная газовая постоянная, для каждого газа она своя. Значения R для некоторых газов [J/(kg·K)]:

Если умножить уравнение на молярную массу μ, то получится уравнение для 1 моль газа:

Согласно закону Авогадро, 1 моль любого газа при нормальных условиях занимает один и тот же объём - 22.4 литра, поэтому

R_μ - универсальная газовая постоянная, равная 8.314 J/(mol*K)

Тогда

- уравнение Менделеева-Клапейрона

Домножив уравнение Клапейрона на массу m, получим

где V - объём газа.

для расчетов также удобно представить уравнение так