Идеальный газ и другие вещества

Для упрощения изложения мы пользовались понятием идеального газа. Его поведение и свойства можно предсказывать, исходя из основных положений кинетической теории газов. Реальные элементарные газы своим поведением во многом напоминают идеальный газ, но при более сложной структуре газа кинетическая теория оказывается бессильной. Даже в простейших составных газах, например в углекислом газе CO₂, молекулы могут запасать энергию не только в виде кинетической энергии поступательного движения, но и в другой форме. Такие достаточно большие молекулы обладают значительной кинетической энергией вращательного и колебательного движений. Можно показать, что удельная теплоемкость c_v для идеального газа равна ^3R₁/_2M1. Согласно кинетической теории, величина c_v для газа, молекулы которого состоят из трех атомов, равна ^3R₁/_M1 удельная теплоемкость газа возрастает с появлением дополнительной степени свободы, соответствующей энергии вращательного движения. Однако даже для простого реального газа CO₂ теплоемкость при обычных температурах оказывается на 15% выше (чем для трехатомного идеального газа). Теплоемкость жидких и твердых тел, если не воспользоваться более точной моделью, рассчитать довольно трудно, поскольку движения молекул в таких системах имеют очень сложный характер.

Однако, несмотря на всю ограниченность применения, значение кинетической теории и модели идеального газа чрезвычайно велико, поскольку они позволили установить такие новые понятия, как температура и теплоемкость, которые применимы и к более сложным реальным системам. В тех разделах книги, где потребуется ввести некоторые дополнительные понятия термодинамики, мы вновь будем обращаться к идеальному газу.