Молекулы в идеальном газе движутся хаотически. Движение одной молекулы характеризуют микроскопические параметры (масса молекулы, ее скорость, импульс, кинетическая энергия). Свойства газа как целого описываются с помощью макроскопических параметров (масса газа, давление, объем, температура). Молекулярно-кинетическая теория устанавливает взаимосвязь между микроскопическими и макроскопическими параметрами.
Число молекул в идеальном газе столь велико, что закономерности их поведения можно выяснить только с помощью статистического метода. Равномерное распределение в пространстве молекул идеального газа является наиболее вероятным состоянием газа, т. е. наиболее часто встречающимся.
Распределение молекул идеального газа по скоростям при определенной температуре является статистической закономерностью.
Наиболее вероятная скорость молекул — скорость, которой обладает максимальное число молекул. Стационарное равновесное состояние газа — состояние, в котором число молекул в заданном интервале скоростей остается постоянным.
Температура тела — мера средней кинетической энергии поступательного движения его молекул:
где черта сверху — знак усреднения по скоростям, k = 1,38 • 10-23 Дж/К — постоянная Больцмана.
Единица термодинамической температуры — кельвин (К).
При абсолютном нуле температуры средняя кинетическая энергия молекул равна нулю.
Средняя квадратичная (тепловая) скорость молекул газа
где М — молярная масса, R = 8,31 Дж/(К • моль) — молярная газовая постоянная.
Давление газа — следствие ударов движущихся молекул:
где n — концентрация молекул (число молекул в единице объема), Ek — средняя кинетическая энергия молекулы.
Давление газа пропорционально его температуре:
Постоянная Лошмидта — концентрация идеального газа при нормальных условиях (атмосферное давление р= 1,01 • 105 Па и температура Т = 273 К):
Уравнение Клапейрона—Менделеева — уравнение состояния идеального газа, связывающее три макроскопических параметра (давление, объем, температуру) данной массы газа.
Изопроцесс — процесс, при котором один из макроскопических параметров состояния данной массы газа остается постоянным. Изотермический процесс — процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянной температуре.
Закон Бойля—Мариотта: для газа данной массы при постоянной температуре:
где р1, р2, V1, V2 — давление и объем газа в начальном и конечном состояниях
Изотерма — график изменения макроскопических параметров газа при изотермическом процессе. Изобарный процесс — процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном давлении.
Закон Гей-Люссака: для газа данной массы при постоянном давлении
где V1, V2, T1, Т2— объем и температура газа в начальном и конечном состояниях.
Изобара — график изменения макроскопических параметров газа при изобарном процессе.
Изохорный процесс — процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном объеме. Закон Шарля: для газа данной массы при постоянном объеме
где p1, р2, T1, Т2 — давление и температура газа в начальном и конечном состояниях.
Изохора — график изменения макроскопических параметров газа при изохорном процессе.