1.1.4 理想气体、真实气体

1.理想气体

理想气体是指假设气体分子只有质量而不占有体积且气体分子间没有作用力的气体。显然，理想气体是一种实际上并不存在的假想气体。在理想气体的假设条件下，气体分子运动的规律可以大大简化，能得出简单的数学关系式，便于分析和研究。理想气体满足理想气体状态方程

式中，n是气体的物质的量；R是普适气体常数，R=8.3144J/（mol·K）；T是气体温度；p和V分别是气体的压力和体积。

虽然完全理想气体并不存在，但在常温常压下，很多不易液化的气体都符合理想气体的假设条件，即气体分子的体积和分子间的相互作用可以忽略不计。例如，空气、氦气、氢气、氧气、氮气等，在常温常压下，这些气体都可以视为理想气体。

2.真实气体

真实气体也称为实际气体，即气体分子本身占有体积，分子间有相互作用力。天然气和一些热机装备中的制冷剂气体都是真实气体。真实气体不服从理想气体状态方程，应该用范德瓦耳斯方程来描述。真实气体在降低温度或压缩体积（在临界温度以下）的情况下可以液化。在接近液化的温度下，真实气体的性质与理想气体偏离非常大；温度越高、压力越低时，偏离越小。当压力趋近于零时，任何真实气体都可看作理想气体。

气体在何种环境下必须视为真实气体，需要由气体的属性、温度、压强等具体参数来决定。氢气在温度为0℃时，在107Pa压力以下，可以视为理想气体；但超过107Pa压力时，再用理想气体状态方程处理便与实际情况偏离较远，这时用真实气体的范德瓦耳斯方程处理较为合适。

范德瓦耳斯方程考虑了分子间的作用力和分子占有体积的影响，该方程描述为

式中，气体分子间的引力作用以表示；气体分子的体积影响用β表示；α和β称为范德瓦耳斯常数。不同类型的气体具有不同的范德瓦耳斯常数。