Экспериментальные законы газов таковы:
• Закон Бойля — Мариотта гласит: произведение давления на объем неизменной массы газа при постоянной температуре — величина постоянная.
• Закон Шарля гласит: увеличение объема газа неизменной массы при постоянном давлении пропорционально увеличению его температуры.
• Закон давления гласит: увеличение давления газа неизменной массы при постоянном объеме пропорционально увеличению температуры.
Идеальный — это такой газ, поведение которого подчиняется закону Бойля — Мариотта. Экспериментальные законы газов можно объединить в одной формуле идеального газа. Она связывает между собой количество молей газа п, давление р, объем V и абсолютную температуру Т идеального газа: pV — nRT, где R — газовая постоянная. Значение R равно 8,31 Дж/(моль К). Формулу идеального газа можно вывести исходя из следующих положений:
• газ состоит из точечных молекул равной массы;
• молекулы сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда как упругие тела;
• молекулы находятся в постоянном хаотическом движении;
• молекулы не притягиваются друг к другу;
• время столкновения молекулы со стенкой сосуда значительно меньше времени ее движения между стенками.
Применив законы Ньютона и правила статистики случайных событий, из этих положений получаем формулу молекулярно-кинетической теории: pV = 1/3Nmc2cp.кв., где N — количество молекул, m — масса молекулы, сср. кв. — среднеквадратичная скорость молекул газа, равная квадратному корню из суммы квадратов всех скоростей молекул, деленной на число молекул. Исходя из предположения, что средняя кинетическая энергия молекулы газа 1/2 mс2ср.кв. = 3/2kT, где k = R/NΔ (NΔ — постоянная Авогадро), формула молекулярно-кинетической теории принимает вид pV = nRT.
См. также статьи «Агрегатные состояния вещества», «Давление».