ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ теоретическая модель газа, в к-рой пренебрегается взаимодействием
частиц газа (средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их
взаимодействия).

Различают классический
И. г. (его свойства описываются законами классич. физики) и квантовый И.
г., подчиняющийся законам квантовой механики.

Частицы классич.
И. г. движутся независимо друг от друга, так что давление И. г. на стенку
равно сумме импульсов, переданных за единицу времени отдельными частицами
при столкновениях со стенкой, а энергия - сумме энергий отдельных частиц.
Классич. И. г. подчиняется ур-нию состояния Клапейрона р = nkT,
где
р
- давление, п - число частиц в ед. объёма, k - Больцмана
постоянная, Т - абс. темп-pa. Частными случаями этого уравнения являются
законы Бойля - Мариотта, Гей-Люссака и Шарля (см. Газы). Частицы
классич. И. г. распределены по энергиям согласно распределению Больцмана
(см. Больцмана статистика). Реальные газы хорошо описываются моделью
классич. И. г., если они достаточно разрежены.

При понижении
темп-ры Т газа или увеличении его плотности п до определённого
значения становятся существенными волновые (квантовые) свойства частиц
И. г. Переход от классич. И. г. к квантовому происходит при тех значениях
Тип, при к-рых длины волн де Бройля частиц, движущихся со скоростями
порядка тепловых, сравнимы с расстоянием между частицами.

В квантовом
случае различают два вида И. г.; частицы газа одного вида имеют целочисленный
спин,
к
ним применима статистика Бозе - Эйнштейна, к частицам др. вида (с полуцелым
спином) - статистика Ферми - Дирака (см. Статистическая физика).

И. г. Ферми
- Дирака отличается от классич. тем, что даже при абс. нуле темп-ры его
давление и плотность энергии отличны от нуля и тем больше, чем выше плотность
газа. При абс. нуле темп-ры существует максимальная (граничная) энергия,
к-рую могут иметь частицы И. г. Ферми - Дирака (т. н. Ферми энергия).
Если
энергия теплового движения частиц И. г. Ферми - Дирака много меньше энергии
Ферми, то его наз. вырожденным газом. Согласно теории строения звёзд,
в звёздах, плотность к-рых превышает 1-10 кг/см³,
существует
вырожденный Ферми - Дирака И. г. электронов, а в звёздах с плотностью,
превышающей 10⁹ кг /см³, вещество превращается
в Ферми - Дирака И. г. нейтронов (см. Нейтронные звёзды).

Применение
теории И. г. Ферми - Дирака к электронам в металлах позволяет объяснить
многие свойства металлич. состояния. Реальный вырожденный Ферми - Дирака
И. г. тем ближе к идеальному, чем он плотнее.

Частицы И.
г. Бозе - Эйнштейна при абс. нуле темп-ры занимают наинизший уровень энергии
и обладают равным нулю импульсом (И. г. в состоянии конденсата). С повышением
Т
число
частиц в конденсате постепенно уменьшается и при нек-рой темп-ре
То
(темп-ре фазового перехода) конденсат исчезает (все частицы конденсата
приобретают импульс). При Т<То, давление И. г. Бозе - Эйнштейна
зависит только от темп-ры. Свойствами такого И. г. обладает при темп-pax,
близких к абс. нулю, гелий. Другим примером И. г. Бозе - Эйнштейна
является электромагнитное излучение (И. г. фотонов),
находящееся
в тепловом равновесии с излучающим телом. И. г. фотонов является также
примером ультрарелятивистского И. г., т. е. совокупности частиц, движущихся
со скоростями, равными или близкими скорости света. Ур-ние состояния такого
газа: р = е/3, где Е - плотность энергии газа. При достаточно низких
температурах различного рода коллективные движения в жидкостях и твёрдых
телах (напр., колебания атомов кристаллич. решётки) можно представить как
И. г. слабых возбуждений (квазичастиц), энергия к-рых вносит свой
вклад в энергию тела (см. Твёрдое тело, Квантовая жидкость).

В. Л. Покровский.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я