§ 3. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ

Метод моделей. Учение о строении и свойствах вещества, развитое в XIX в. на основе представлений о существовании молекул, взаимодействующих между собой по законам механики, получило название молекулярно-кинетической теории.

В молекулярно-кинетической теории широко используется метод моделей. Метод моделей заключается в том, что вместо реального физического объекта или явления теория рассматривает его упрощенную мысленную модель. Основные механические и тепловые свойства вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях можно качественно объяснить, если предположить, что вещество состоит из молекул, между которыми существуют силы взаимного притяжения, действующие на малых расстояниях, а при столкновениях действуют силы отталкивания.

Особенности взаимодействия тел, между которыми одновременно действуют силы притяжения и отталкивания, можно пронаблюдать в опытах с двумя резиновыми мячами, смазанными тонким слоем резинового клея. При небольшой скорости относительного движения силы сцепления превосходят силы упругого отталкивания, мячи при столкновении слипаются (рис. 2, а). При большой скорости относительного движения силы отталкивания при ударе превосходят силы сцепления и мячи разлетаются после удара (рис. 2, б).

Подобно упругим и вместе с тем способным к соединению мячам, молекулы вещества при

Рис. 2. Столкновение мячей

малых скоростях относительного движения (при низких температурах) соединяются силами молекулярного притяжения, образуют твердое тело или жидкость. Молекулы в твердом теле находятся друг от друга на таких расстояниях, на которых силы их взаимного притяжения оказываются в точности равны силам отталкивания. При высоких температурах скорости движения молекул велики, и, хотя силы взаимного притяжения между ними по-прежнему существуют, силы отталкивания при каждом столкновении оказываются преобладающими, и молекулы не соединяются в твердое тело или жидкость. Вещество, состоящее из свободно движущихся молекул, взаимодействующих между собой только при столкновениях, находится в газообразном состоянии.

О том, что вещество в газообразном состоянии состоит из свободных молекул, хаотически движущихся с большими скоростями, свидетельствуют факты существования давления газа на стенки сосуда, диффузии и способности газа к неограниченному расширению. Наибольших успехов молекулярно-кинетическая теория достигла в объяснении свойств вещества в газообразном состоянии.

Идеальный газ. Идеальный газ — это такой газ, молекулы которого обладают пренебрежимо малым объемом по сравнению с объемом сосуда. В идеальном газе между соударениями молекулы не взаимодействуют, в моменты соударений они взаимодействуют между собой и со стенками сосуда как упругие тела.

Параметры газа, связанные с индивидуальными характеристиками составляющих его молекул, называются микроскопическими. К их числу относятся в первую очередь масса молекул, их скорость и кинетическая энергия поступательного движения.

Параметры газа как физического тела, изучаемого обычными методами, называются макроскопическими параметрами. К ним в первую очередь относятся объем и давление газа. Одной из важнейших задач молекулярно-кинетической теории было установление связи между макроскопическими и микроскопическими параметрами газа.