Modèle de gaz parfait
Le modèle de gaz parfait est utilisé pour prédire le comportement des gaz et constitue l’un des modèles de substances les plus utiles et les plus couramment utilisés jamais développés. On m’a découvert que, si nous confinons des échantillons d’une mole de divers gaz dans un volume identique et les maintenons à la même température , leurs pressions mesurées sont presque identiques . De plus, lorsque nous confinons des gaz à des densités plus faibles, les différences ont tendance à disparaître. Il a été constaté que ces gaz ont tendance à obéir à la relation suivante, appelée loi des gaz parfaits :
pV = nRT
où:
p est la pression absolue du gaz
n est la quantité de substance
T est la température absolue
Vest le volume
R est la constante de gaz idéale, ou universelle,égale au produit de la constante de Boltzmann et de la constante d’Avogadro. La puissance de la loi des gaz parfaits réside dans sa simplicité. Lorsque deux variables thermodynamiques , p, v et T, sont données, la troisième peut facilement être trouvée.
Le modèle de gaz parfait est basé sur les hypothèses suivantes:
- La pression, le volume et la température d’un gaz parfait obéissent à la loi du gaz parfait .
- L’ énergie interne spécifique est uniquement fonction de la température: u = u (T)
- La masse molaire d’un gaz parfait est identique à la masse molaire de la substance réelle
- Les chaleurs spécifiques – c p et c v – sont indépendantes de la température ce qui signifie qu’elles sont constantes.
Du point de vue microscopique, il est basé sur ces hypothèses:
- Les molécules du gaz sont de petites sphères dures .
- Les seules forces entre les molécules de gaz sont celles qui déterminent les collisions ponctuelles .
- Toutes les collisions sont élastiques et tout mouvement est sans friction .
- La distance moyenne entre les molécules est beaucoup plus grande que la taille des molécules.
- Les molécules se déplacent dans des directions aléatoires.
- Il n’y a pas d’autre force d’attraction ou de répulsion entre ces molécules.
Validité de la loi des gaz parfaits
Puisque le gaz parfait est défini comme celui dans lequel toutes les collisions entre atomes ou molécules sont parfaitement élastiques et où il n’y a pas de forces d’attraction intermoléculaires, il n’existe pas dans la nature de gaz vraiment idéal. En revanche, tous les gaz réels approchent de l’état idéal à basse pression (densité) . A basse pression, les molécules sont suffisamment éloignées pour ne pas interagir les unes avec les autres.
En d’autres termes, la loi des gaz parfaits n’est précise qu’à des pressions relativement basses (par rapport à la pression critique p cr ) et à des températures élevées (par rapport à la température critique T cr ). À ces paramètres, le facteur de compressibilité, Z = pv / RT , est d’ environ 1 . Le facteur de compressibilité est utilisé pour tenir compte de l’écart par rapport à la situation idéale. Ce facteur de correction dépend de la pression et de la température pour chaque gaz considéré.
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