1.1.4 理想氣體、真實氣體

1.理想氣體

理想氣體是指假設氣體分子只有質量而不占有體積且氣體分子間沒有作用力的氣體。顯然，理想氣體是一種實際上并不存在的假想氣體。在理想氣體的假設條件下，氣體分子運動的規律可以大大簡化，能得出簡單的數學關系式，便于分析和研究。理想氣體滿足理想氣體狀態方程

式中，n是氣體的物質的量；R是普適氣體常數，R=8.3144J/（mol·K）；T是氣體溫度；p和V分別是氣體的壓力和體積。

雖然完全理想氣體并不存在，但在常溫常壓下，很多不易液化的氣體都符合理想氣體的假設條件，即氣體分子的體積和分子間的相互作用可以忽略不計。例如，空氣、氦氣、氫氣、氧氣、氮氣等，在常溫常壓下，這些氣體都可以視為理想氣體。

2.真實氣體

真實氣體也稱為實際氣體，即氣體分子本身占有體積，分子間有相互作用力。天然氣和一些熱機裝備中的制冷劑氣體都是真實氣體。真實氣體不服從理想氣體狀態方程，應該用范德瓦耳斯方程來描述。真實氣體在降低溫度或壓縮體積（在臨界溫度以下）的情況下可以液化。在接近液化的溫度下，真實氣體的性質與理想氣體偏離非常大；溫度越高、壓力越低時，偏離越小。當壓力趨近于零時，任何真實氣體都可看作理想氣體。

氣體在何種環境下必須視為真實氣體，需要由氣體的屬性、溫度、壓強等具體參數來決定。氫氣在溫度為0℃時，在107Pa壓力以下，可以視為理想氣體；但超過107Pa壓力時，再用理想氣體狀態方程處理便與實際情況偏離較遠，這時用真實氣體的范德瓦耳斯方程處理較為合適。

范德瓦耳斯方程考慮了分子間的作用力和分子占有體積的影響，該方程描述為

式中，氣體分子間的引力作用以表示；氣體分子的體積影響用β表示；α和β稱為范德瓦耳斯常數。不同類型的氣體具有不同的范德瓦耳斯常數。