Pod pojęciem gazu doskonałego ( idealnego ) rozumiemy wyidealizowany stan materii, który jest gazem fikcyjnym spełniającym szereg warunków :

• cząsteczki gazu powinny zachowywać się jak kule doskonale sprężyste,

• objętność własna, którą zajmują cząsteczki, musi być pomijalnie mała w stosunku do objętości zajmowanej przez gaz (cząsteczki można by rozpatrywać jako punkty materialne),

• cząsteczki znajdują się w stanie ciągłego, chaotycznego ruchu postępowego,

• cząsteczki te nie oddziałują ze sobą do momentu zderzeń; winien więc być zachowany prostoliniowy ruch cząsteczek między zderzeniami.

Chcąc przewidzieć ilościowe zachowania się jakiejś substancji w dowolnych warunkach zewnętrznych, musimy znać przynajmniej jej równanie stanu, tj. zależność pomiędzy temperaturą (T), ciśnieniem (p) , objętością (v) oraz liczbą moli (n):

ƒ (p,v,T,n) = 0

Ogólne równanie stanu dla gazów wykryte zostało doświadczalnie w dwóch etapach. Dzisiaj one noszą nazwę oddzielnych praw: Boyle'a (1660 r.) i Charlesa (1787 r.).

Prawo Boyle'a: w całej temperaturze objętość określonej masy gazu jest odwrotnie proporcjonalna do ciśnienia:

przy T = const, p = A * v

Prawo Charlesa: w stałej objętości, ciśnienie wywierane przez określoną masę gazu jest proporcjonalne do temperatury bezwzględnej:

przy v = const, p = BT

A i B w powyższych równaniach są to stałe. Obie zależą od masy gazu, ponadto stała A zależy również od temperatury, a stała B od objętości gazu.

Z powyższych równań wynika:

p = k *T / v

Zgodnie z hipotezą Avogadra w stałych warunkach temperatury i ciśnienia równe objętości gazów zawierają równe liczby cząsteczek. Współczynnik proporcjonalności k w równaniu musi mieć tę samą wartość, niezależnie od rodzaju rozatrywanego gazu. Oznaczymy go przez R dla 1 mola gazu.

Ponadto z hipotezy Avogadra wynika również proporcjonalność k do liczby moli gazu n . Zatem tak wygląda ostateczny zapis równania:

pv = nRT

Powyższe równanie znane jest ogólnie pod nazwą równania stanu gazów doskonałych

lub równania Clapeyrona.

Wzajemny związek pomiędzy zmiennymi p , v , T można przedstawić w przestrzennym układzie współrzędnych za pomocą odpowiedniej powierzchni (rys.1). Ustalając jedną ze zmiennych, otrzymujemy wykres zależności pomiędzy pozostałymi zmiennymi. Krzywe obrazujące zależność objętości od ciśnienia w stałej temperaturze noszą nazwę izoterm. Krzywe przedstawiające związek pomiędzy objętością a temperaturą pod stałym ciśnieniem oraz pomiędzy ciśnieniem a temperaturą w stałej objętości nazywają się, odpowiednio, izobarami i izochorami.

Tak zatem nazwa gazu doskonałego odnosi się do takiego gazu fikcyjnego, który ściśle,

w dowolnym zakresie temperatury i ciśnienia, stosowałyby się do praw gazowych i równania Clapeyrona.

---