퍼펙트 가스

물리학과 공학에서 완벽한 가스는 이론적인 가스 모델로서 특정한 계산을 다루기 쉽게 만드는 구체적인 방법으로 실제 가스와 다르다. 모든 완벽한 가스 모델에서 분자간 힘은 무시된다. 반데르발스 세력에서 발생할 수 있는 많은 합병증을 방치할 수 있다는 뜻이다. 모든 완벽한 가스 모델은 이상적인 상태의 가스 방정식을 따른다는 점에서 이상적인 가스 모델이다. 그러나 완벽한 가스 모델의 아이디어는 종종 온도에 따른 열 용량의 변동(또는 비분산)에 관한 특정한 추가 가정과 이상적인 상태의 가스 방정식의 조합으로 호출된다.

퍼펙트 가스 명명법

퍼펙트 기체와 이상적인 기체라는 용어는 물리학과 공학이라는 특정 분야에 따라 서로 교환하여 쓰이기도 한다. 때로는 열적으로 완벽한 기체와 칼로리학적으로 완벽한 기체 사이 또는 불완전하고 반완벽적이며 완벽한 기체 사이, 그리고 이상적인 기체의 특징과 같은 다른 구별이 만들어지기도 한다. 다음 표에는 일반적인 명명법 집합 중 두 가지가 요약되어 있다.

명명법 1	명명법 2	열 용량 상수 $V{\displaystyle }$ ${\displaystyle V$ C ${\displaystyle V_{}}$ ${\$ 또는 상수 $P{\displaystyle }$ ${\displaystyle P$ $C{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle P_{}}$ ${\$	이상 가스 법칙 ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle V}$= ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle R}$ T ${\displaystyle PV=nRT}$ 및 ${\displaystyle C_{P}-C_{V}=nR}$
칼로리학적으로 완벽한	퍼펙트	상수	네
열적으로 완벽한	세미 퍼펙트	T 의존적	네
	이상	T 의존적일 수도 있고 아닐 수도 있다.	네
불완전	불완전 또는 비이상적	T와 P에 의존함	아니요.

열 및 칼로리학적으로 완벽한 가스

완벽한 가스의 정의와 함께, 다양한 교과서가 다음의 단순화를 생략하거나 일반적인 "완벽한 가스" 정의로 결합시키더라도 만들 수 있는 두 가지 단순화 또한 더 있다.

고정된 수의 $가스{\displaystyle }$ 몰(mole) n ${\displaystyle$ n$}$의 경우$,$ 열적으로 완벽한 가스

• 열역학적 평형 상태
• 화학적으로 반응하지 않는다.
• 내부$$ 에너지 $U{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ U$\},$ $엔탈피{\displaystyle }$ H ${\displaystyle H}$및 $압력{\displaystyle {}_{}}$ P {\$displaystyle C_{V$ ${\displaystyle C_{}}$ P ${\$ $압력{\displaystyle }$ P$$ ${\displaystytle$ $V$$},$ 볼륨 $V{\displaystyle }$ ${\displaystyte$ V$\},$ i$},$ 일정한 체적 열 용량.e., ${\displaystyle U=U(T)}$, ${\displaystyle H=H(T)}$, ${\displaystyle dU=C_{V}(T)dT}$, ${\displaystyle dH=C_{P}(T)dT}$. These latter expressions hold for all tiny property changes and are not restricted to constant-${\displaystyle V}$ or consta${\displaystyle }$ P ${\displaystyle P}$ 변이$$.

칼로리학적으로 완벽한 가스

• 열역학적 평형 상태
• 화학적으로 반응하지 않는다.
• 내부$$ 에너지 $U{\displaystyle }$ ${\displaystyle U}$및 엔탈피 $H{\displaystyle }$ ${\displaystyle H}$ 온도의 함수, $즉{\displaystyle }$ $U{\displaystyle }$= ${\displaystyle U(T}$) ${\displaystyle U=U(T$ H${\displaystyle }$= ${\displaystyle H(T)}$ ${\displaystystyle H=H(T)}$이 있다.
• has heat capacities ${\displaystyle C_{V}}$, ${\displaystyle C_{P}}$ that are constant, i.e., ${\displaystyle dU=C_{V}dT}$, ${\displaystyle dH=C_{P}dT}$ and ${\displaystyle \Delta U=C_{V}\Delta T}$, ${\displaystyle \Delta H=C_{$$P}\Delta T$ 여기서 $\Delta {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle \Delta }$은(는) 각 수량에서 유한(비차동) 변경이다$$.

이상적인 기체(즉, 주의 이상적인 기체 방정식 충족, ${\displaystyle P}$ V${\displaystyle }$= ${\displaystyle n}$ R ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle PV=nRT$가 열적으로 완벽하거나 열적으로 완벽하다는 것을 증명할 수 있다. 이는 열역학 방정식에서^[1] 보듯이 이상적인 기체의 내부 에너지가 기껏해야 온도의 함수이기 때문이다.

${\displaystyle \left({\partial U}$${T}=T\왼쪽({\partial S} \over {\partial V}\오른쪽)_$${T}-P=T\left({\partial$ P$} \over$ {\$partial$ T$}\right)_{V}-P$

$P{\displaystyle }$= ${\displaystyle n}$ R ${\displaystyle T/V}$ ${\displaystyle P=nRT/V}$의 경우 정확히 0이므로$$$U{\displaystyle }$ ${\displaystyle U}$ 및 $H$ = ${\displaystyle U}$+ P ${\displaystyle V}$= U${\displaystyle }$+ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle H=U+PV=U+n$의 경우$RT}$은(는) 이 특정 상태 방정식에 대한 온도의 함수 대부분이다$$.

통계 역학 및 기체의 단순한 운동 이론 모두에서, 그러한 기체의 유일한 운동 에너지는 내부 에너지와 임의의 적층 상수 $U{\displaystyle }$= (${\displaystyle 3}$/ ${\displaystyle 2\mathrm{})N}$ ${\displaystyle R}$ T ${\displaystyle U=(3/2)n$ 내에 기여하기 때문에, 우리는 단원자 이상 기체의 열 용량은 일정할 것으로 예상한다.$RT}$, 따라서 $C{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle V_{}}$=${\displaystyle }$( 3${\displaystyle }$/ ${\displaystyle 2\mathrm{}}$) ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle C_{V}=(3/2)nR},$ 상수$.$ 더욱이 고전적 설비 정리에서는 모든 이상적인 기체(다원체까지)가 모든 온도에서 일정한 열 용량을 갖는다고 예측한다. 그러나 다원자 이상 기체가 일반적으로 온도의 선형 함수가 아닌 내부 에너지에 열 기여를 할 것이라는 것은 현재 실험 자료뿐만 아니라 양자 통계 역학의 현대 이론으로부터도 알려져 있다.^[2][3] 이러한 기여는 볼츠만 분포에 따라 온도의 함수로 채워지면서 진동, 회전, 전자적 자유도의 기여에 기인한다. 이런 상황에서 우리가 CV({\displaystyle C_{V}(T)}, CP({\displaystyle C_{P}(T)}.[4] 하지만 온도의 주어진 가스 조차도 더위가 수용 능력은 엄격한 기능 온도와 열 용량 변화도, wo 크지 않을 경우 계산의 목적에 대해 일정을 가정할 수 있다고 생각한다.uld는 칼로리학적으로 완벽한 가스를 가정한다(아래 참조).

이러한 유형의 근사치는 예를 들어 온도 변동이 열적으로 완벽한 가스 모델에서 상당한 편차를 일으킬 만큼 크지 않은 축압축기와 같은 모델링에 유용하다. 이 모델에서 열 용량은 온도에 의해서만 변화할 수 있지만 여전히 변화할 수 있고 분자는 분리할 수 없다. 후자는 일반적으로 온도를 < 2500 K>로 제한해야 한다는 것을 암시한다.^[5] 이 온도 한계는 기체의 화학적 구성과 계산의 정확도에 따라 달라지는데, 이는 분자 분자가 기체의 분자 특성에 본질적으로 의존하는 더 높은 온도 또는 더 낮은 온도에서 중요할 수 있기 때문이다.

더욱 제한적인 것은 열 용량이 일정하다고 가정하는 열학적으로 완벽한 기체다. 온도 관점에서 이것이 가장 제한적인 모델일 수 있지만, 지정된 한계 내에서 합리적인 예측을 할 수 있을 만큼 충분히 정확할 수 있다. 예를 들어 축압축기의 한 $($ C P {\$displaystyle$ C_$${$P}$와$$상수 C P {\$displaystyle$ C_{$P$에 대한 계산의 비교는 이 접근법을 뒷받침할 만큼 작은 편차를 생성할 수 있다.

또한 C ${\$가 일정하게$$ 유지되었는지 여부보다 최종 계산 결과에 더 큰 영향을 미치는 경우에는 압축 주기 동안 다른 요인이 작용하여 지배하게 된다. 축압기를 모델링할 때 이러한 실제 효과의 예로는 압축기 팁-정밀도, 분리, 경계층/마찰 손실이 있다.

참고 항목

• 가스
• 가스법칙
• 이상기체
• 이상기체법
• 상태 방정식

참조