В статистической механике различие между идеальным и реальным газом основывается на предположениях о взаимодействиях между молекулами газа и их поведении.

Отсутствие взаимодействий: В идеальном газе предполагается, что молекулы не взаимодействуют друг с другом, кроме как через упругие соударения. Это значит, что силы притяжения и отталкивания между молекулами пренебрежимо малы.

Быстрые движения: Молекулы идеального газа считаются точечными частицами, которые движутся свободно и хаотично. Их скорости подчиняются нормальному распределению.

Учет только кинетической энергии: Внутренние степени свободы (например, колебания и вращение молекул) не учитываются в идеальном газе, что делает идеальный газ более простым для анализа.

Уравнение состояния: Идеальный газ описывается уравнением состояния ( PV = nRT ), где ( P ) — давление, ( V ) — объем, ( n ) — количество вещества, ( R ) — газовая постоянная, а ( T ) — температура.

Взаимодействия между молекулами: В реальных газах молекулы взаимодействуют друг с другом через силы притяжения и отталкивания. Это приводит к тому, что их поведение отклоняется от поведения идеального газа, особенно при высоких давлениях и низких температурах.

Объем молекул: Молекулы реального газа имеют конечный объем, и этот факт становится особенно важным при высоких давлениях, когда промежутки между молекулами уменьшаются.

Внутренние степени свободы: Реальные молекулы могут обладать внутренними степенями свободы (колебания, вращение), что влияет на их термодинамические свойства.

Коррекции в уравнении состояния: Для моделирования поведения реальных газов используются модифицированные уравнения состояния, такие как уравнение Ван дер Ваальса, которое учитывает объем молекул и взаимодействия между ними. Например, ( (P + a(n/V)^2)(V - nb) = nRT ), где ( a ) и ( b ) — параметры, учитывающие взаимодействия и объем молекул соответственно.

Таким образом, основное различие между идеальным и реальным газом в статистической механике заключается в учете взаимодействий между молекулами и их объемов. Идеальные газы служат хорошей моделью для многих ситуаций, где взаимодействия незначительны, в то время как реальные газы требуют более сложных моделей для адекватного описания их поведения в условиях, по которым идеальные модели перестают быть подходящими.