またはは、圧力が温度と密度に比例し、内部エネルギーが密度に依らない想像上の気体である。気体の最も基本的な理論モデルであり、より厳密な他の気体の理論モデルはすべて、低密度では理想気体に漸近する。統計力学および気体分子運動論においては、気体を構成する個々の粒子の大きさが無視できるほど小さく、構成粒子間には引力が働かない系である。
実際には、どんな気体分子にも、ある程度の大きさがあり、分子間力も働いているので、理想気体は実在しない。理想気体に対して現実の気体は、実在気体または不完全気体と呼ばれる。実在気体も、低圧で高温の状態では理想気体に近い振る舞いをするため、常温・常圧において、実在気体を理想気体とみなしても問題ない場合は多い。
状態方程式.
である。
質量密度を変数とする状態方程式.
温度 、体積 、質量 の平衡状態における、理想気体の圧力 は
で表され、質量密度 と温度 に比例する。比例係数 は比気体定数と呼ばれる。係数 は [エネルギー]×[温度]×[質量] の次元を持つ定数で、気体の種類によって異なる。例えば空気の比気体定数は である。この状態方程式は、気体の構成粒子の存在を前提としない場合でも意味を持つ式である。
数密度を変数とする状態方程式.
統計力学によると、体積 の容器の中に古典力学に従う 個の自由粒子が閉じ込められているとき、温度 の平衡状態におけるこの気体の圧力 は
モル体積を変数とする状態方程式.
温度 、体積 、物質量 の平衡状態における、理想気体の圧力 は
内部エネルギー.
単原子理想気体.
温度 、物質量 の平衡状態における、単原子理想気体の内部エネルギー は
で表される。この式から単原子理想気体の定積モル熱容量 は
と与えられる。単原子理想気体の は、温度にも気体の種類にも依らない定数である。
狭義の理想気体.
温度 、物質量 の平衡状態における、狭義の理想気体の内部エネルギー は
で表される。
温度 、質量 の平衡状態における、狭義の理想気体の内部エネルギー は
で表される。狭義の理想気体の定積比熱容量 は、温度に依らない気体に固有の定数である。
半理想気体.
温度 、物質量 、質量 の平衡状態における、半理想気体の内部エネルギー は