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샤를 법칙 ([math(V \propto T)]) |
기체 반응 법칙 ([math(V_1:V_2=n:m)]) |
아보가드로 법칙 ([math(V \propto n)]) |
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이상 기체 법칙 ([math(PV=nRT)]) |
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| * 이 중 기체 반응 법칙은 게이뤼삭 법칙의 다른 이름이다. 다만 이는 샤를의 법칙의 다른 이름이기도 하다. | |||
1. 개요
이상 기체( 理 想 氣 體,ideal gas) 혹은 완전 기체( 完 全 氣 體)는 이상 기체 법칙을 따르는 가상의 기체이다. 영어로는 Perfect gas 혹은 Ideal gas. PV=nRT=NkT라는 이상기체 상태 방정식을 만족한다.[1] 실제로 존재하는 기체들은 매우 높은 온도와 낮은 압력에서 이상기체와 매우 유사한 성질을 띤다.2. 상세
이상 기체는 아래의 다섯가지 규칙을 모두 만족해야 한다.- 어떤 한 기체는 많은 동일한 분자들로 구성된다. '많다'라는 표현은 개개의 분자들의 경로를 추적할 수 없다는 것을 의미한다.
- 분자들은 뉴턴의 운동법칙을 따른다.
- 분자 자체만의 총 부피는 기체 전체가 차지하는 부피 중에서 무시할 수 있을 만큼 작은 부분이다. 즉, 분자 자체의 부피는 무시한다.[2]
- 모든 분자의 운동은 무작위적(random)이다. 즉, 각각의 분자들은 각각의 운동방향과 속력을 가지고 운동한다.
- 분자들은 서로 상호작용하지 않으며,[3] 분자와 분자, 혹은 분자와 용기 벽면의 충돌은 완전탄성충돌이라 가정한다.[4]
3. 이상 기체 상태 방정식의 효용성
현실에서 이상 기체가 존재하지 않으므로, 이상 기체 법칙 역시 무의미하다고 생각할 수 있다. 하지만 분자간의 상호작용이나 분자의 물리적인 크기가 유의미할 정도로 기압이 높지 않은 이상 이상 기체와 현실 기체의 차이는 별로 없다.보일의 법칙(압력과 부피), 샤를의 법칙(온도와 부피) 등이 현실에서 입증되었기 때문에, 사실상 현실의 기체에 대입해도 어느 정도는 들어 맞는다. 좀더 정확하게 계산하려면 분자간 인력과 부피를 고려한 반 데르 발스의 식과 나비에-스토크스 방정식을 이용해야 한다.
[1]
물리학에서는 nRT보다 NkT를 더 많이 쓴다. 눈에 보일 정도의 양이 있을 때 벌어지는 현실적인 현상에 관심이 있는 화학에서는 몰 단위를 쓰는게 편하지만, 입자의 상호작용 더 그 자체에 관심이 있는 물리학에선 개개 입자의 개수를 따지는게 더 편하기 때문. 하지만 고등학교 수준에선 그냥 nRT를 쓰기도 한다.
[2]
따라서 절대온도가 0K (-273℃)일 때 이상 기체의 부피는 0이다.
[3]
인력과 반발력, 즉
점성이 없다는 뜻이다.
[4]
네이버 백과사전 참조.