이상기체 상태 방정식

이상기체?

한번쯤은 들어봤을 이상기체. 이게 뭘까

이상(理想), 이름만큼이나 이상적인 기체이다.

기체의 물성을 설명하는데 이보다 간편하고 완벽한게 없다.

이름 그대로 이상이니 현실과는 다를것이다.

 

이상기체의 특성은 어떤게 있을까?

1. 기체 분자 사이의 인력이 없다. (위치에너지 없고 운동에너지만 있음)

2. 기체 분자 자체는 질량이 있으나 부피가 없다.

3. 기체 분자의 충돌은 완전탄성충돌이다.

4. 온도,압력에 의해 상변화가 일어나지 않는다.

5. 이상기체 상태방정식을 완벽히 만족한다.

 

이상기체 상태방정식은 보일과 샤를의 법칙이 합쳐져서 만들어진 상태방정식이다.

그렇다면 보일과 샤를의 법칙이 뭘까?

보일&샤를의 법칙

P: 압력, V: 부피, T: 온도 이고, C:constant 일정하다는 뜻이다.

보일의 법칙은 온도를 일정하게 고정시키고 압력과 부피와의 관계를 나타낸다. 

PV=C

샤를의 법칙은 압력을 일정하게 고정시키고 부피와 온도와의 관계를 나타낸다.

V/T=C

이를 다 합쳐서 하나의 식으로 나타낸것이 이상기체 상태 방정식이다.

이상기체 상태방정식

PV=mRT 

m: 기체질량, R: 기체상수 이다.

기체상수는 기체의 종류마다 다르고 보편기체상수를 몰질량으로 나눠서 구한다.

R=Ru/M 

Ru: universal gas constant (보편기체상수) = 8.31447kJ/(kmol K)

M: molar mass (kg/kmol)

대표적인 기체들의 기체상수는 다음과 같다.

물질	R, kJ/kg K
공기	0.2870
헬륨	2.0769
아르곤	0.2081
질소	0.2968

기체상수 R의 단위를 보면 kJ/kg K 이다.

온도가 절대온도 K [켈빈] 임을 주의해야 한다.

 

K=273.15+℃