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과학

이상 기체

이상 기체과학
영문명
Ideal gas
상태 방정식
pV=nRT
온도 기준
켈빈
물질량 단위
몰
이상 기체는 압력 p, 부피 V, 물질량 n, 열역학적 온도 T가 pV=nRT 관계를 따르는 기체 모형이다. R은 기체 상수이며, 실제 기체의 상태를 근사적으로 설명할 때 적용 범위를 확인해 사용한다.

네 상태량의 관계

온도와 물질량이 같다면 pV가 일정하다. 따라서 부피를 절반으로 줄이면 이상 모형의 압력은 두 배가 된다. 이 결과는 온도와 물질량을 유지한다는 조건에서 나온 것이므로 가열이나 기체 유출이 동시에 있는 과정에 그대로 적용하지 않는다.

온도는 절대온도다

압력과 물질량을 고정하면 V는 T에 비례한다. 300 K에서 3.0 L인 기체가 같은 압력과 물질량에서 450 K가 되면 부피는 4.5 L다. 섭씨온도의 숫자 비를 그대로 넣으면 이 비례 관계와 맞지 않는다.

단위를 함께 맞춘다

p를 Pa, V를 m³, n을 mol, T를 K로 쓰면 R도 그 단위 조합에 맞춰 사용한다. L로 주어진 부피를 m³로 바꾸지 않은 채 같은 R을 넣으면 수치가 맞지 않을 수 있다. 단위가 다른 문제에서는 공식보다 단위 정리가 먼저다.

실제 기체와 비교하는 모형

이상 기체라는 말은 특정한 원소나 분자의 이름이 아니다. 실제 기체는 이 상태식의 예측에서 벗어날 수 있다. 상태와 필요한 정확도를 고려해 이상 모형을 근사로 사용할 수 있는지 확인해야 하며, 식을 썼다는 사실만으로 실제 기체가 항상 정확히 따른다고 보장되지는 않는다.

관련 문서

기체 / 부분 압력 / 몰 / 켈빈 / 온도 / 압력 / 부피 / 단위 환산