Chất khí

Gas là một trong bốn trạng thái cơ bản của vật chất (các chất khác là rắn,lỏng, và plasma). Một loại khí tinh khiết có thể được tạo thành từ các nguyên tử đơn lẻ (ví dụ, một loại khí độc cao như neon), các phân tử nguyên tử được tạo ra từ một loại nguyên tử (ví dụ oxy) hoặc các phân tử hợp chất được tạo thành từ nhiều nguyên tử khác nhau (ví dụ carbon dioxide). Một hỗn hợp khí sẽ chứa nhiều loại khí thuần như không khí. Điều phân biệt một loại khí từ chất lỏng và chất rắn là sự tách rời lớn của các hạt khí riêng lẻ. Điều này thường làm cho một chất không màu không nhìn thấy được đối với người quan sát của con người. Sự tương tác của các hạt khí trong sự hiện diện của trường điện và trường hấp dẫn được coi là không đáng kể như được chỉ ra bởi các vectơ vận tốc không đổi trong hình ảnh. Một loại khí phổ biến được biết đến là hơi nước.

Trạng thái khí của vật chất được tìm thấy giữa các trạng thái lỏng và plasma, trong đó cung cấp biên giới nhiệt độ trên cho các khí. Băng kết thúc dưới của thang đo nhiệt độ là các lượng tử thoái hoá thoái hóa đang ngày càng được chú ý. Các loại khí nguyên tử mật độ cao được làm lạnh siêu tới nhiệt độ cực kỳ thấp được phân loại theo hành vi hành vi của chúng như là khí Bose hoặc khí Fermi. Đối với một danh sách toàn diện của các trạng thái kỳ lạ của vật chất xem danh sách các trạng thái của vật chất.

## Tính chất

Khi quan sát một chất khí, nó là điển hình để xác định một khung quy chiếu hoặc chiều dài. Một quy mô lớn hơn chiều dài tương ứng với một quan điểm vĩ mô hoặc toàn cầu của khí. Vùng này (gọi là thể tích) phải đủ lớn để chứa một mẫu lớn các hạt khí. Kết quả phân tích thống kê về cỡ mẫu này cho thấy hành vi "trung bình" (tức là vận tốc, nhiệt độ hoặc áp lực) của tất cả các hạt khí trong vùng. Ngược lại, một quy mô chiều dài nhỏ hơn tương ứng với quan điểm vi mô hoặc hạt.

Dưới đây là một số đặc tính của khí gas được tính bằng các hạt khí (tốc độ, áp suất hoặc nhiệt độ) hoặc môi trường xung quanh (thể tích). Ví dụ, Robert Boyle nghiên cứu khí hóa học cho một phần nhỏ trong sự nghiệp của mình. Một trong những thí nghiệm của ông liên quan đến các tính chất vĩ mô của áp suất và khối lượng của một khí. Thử nghiệm của ông đã sử dụng một áp kế ống J giống như một ống thử trong hình dạng của lá thư J. Boyle bị mắc kẹt trong một khí trơ trong đầu đóng của ống nghiệm với một cột thuỷ ngân, do đó làm cho số hạt và nhiệt độ không thay đổi. Ông quan sát thấy rằng khi áp suất tăng lên trong khí, bằng cách thêm nhiều thủy ngân vào cột, lượng khí bị mắc kẹt giảm xuống (điều này được gọi là mối quan hệ nghịch đảo). Hơn nữa, khi Boyle nhân với áp lực và thể tích của từng quan sát, sản phẩm không đổi. Mối quan hệ này giữ cho mỗi loại khí mà Boyle quan sát dẫn đến luật, (PV = k), được đặt tên để tôn vinh công việc của ông trong lĩnh vực này.

Có rất nhiều công cụ toán học có sẵn để phân tích tài sản khí. Khi các chất khí bị các điều kiện khắc nghiệt, các công cụ này trở nên phức tạp hơn một chút, từ các phương trình Euler cho dòng chảy vô hạn tới các phương trình Navier-Stokes có đầy đủ các hiệu ứng nhớt. Những phương trình này được điều chỉnh phù hợp với các điều kiện của hệ thống khí được đề cập. Thiết bị phòng thí nghiệm của Boyle cho phép sử dụng đại số để có được kết quả phân tích của ông. Kết quả của ông là có thể bởi vì ông đang nghiên cứu các khí trong những tình huống áp suất tương đối thấp, nơi chúng cư xử theo cách "lý tưởng". Những mối quan hệ lý tưởng này áp dụng cho tính toán an toàn cho nhiều điều kiện bay trên các vật liệu đang sử dụng. Thiết bị công nghệ cao đang được sử dụng ngày nay được thiết kế để giúp chúng tôi khám phá một cách an toàn các môi trường hoạt động kỳ lạ hơn, nơi các chất khí không còn hoạt động theo cách "lý tưởng" nữa. Toán học tiên tiến, bao gồm số liệu thống kê và toán tử đa biến, giúp giải pháp cho các tình huống phức tạp phức tạp như việc quay trở lại xe không gian. Một ví dụ là việc phân tích sự quay lại của tàu con thoi không gian được mô tả để đảm bảo tính chất vật liệu trong điều kiện tải này là thích hợp. Trong chế độ này, khí gas không còn lý tưởng nữa.

### **Áp suất**

Biểu tượng được sử dụng để biểu diễn áp suất trong phương trình là "p" hoặc "P" với đơn vị SI của pascals.

Khi mô tả một thùng chứa khí, áp suất áp suất (hoặc áp suất tuyệt đối) dùng để chỉ lực trung bình trên một đơn vị diện tích mà khí hoạt động trên bề mặt của bình chứa. Trong thể tích này, đôi khi dễ dàng hơn để hình dung các hạt khí di chuyển theo đường thẳng cho đến khi chúng va chạm với thùng chứa (xem sơ đồ ở đầu bài báo). Lực được truyền bởi một hạt khí vào trong thùng chứa trong vụ va chạm này là sự thay đổi động lượng của hạt . Trong một va chạm chỉ có thành phần bình thường của sự thay đổi vận tốc. Một hạt di chuyển song song với bức tường không làm thay đổi động lượng của nó. Do đó, lực trung bình trên bề mặt phải là sự thay đổi trung bình trong đà tuyến tính từ tất cả các hạt va chạm hạt khí này.

Áp suất là tổng của tất cả các thành phần bình thường của lực tác động bởi các hạt ảnh hưởng đến các bức tường của thùng chứa chia cho diện tích bề mặt của bức tường.

### **Nhiệt độ**

Biểu tượng được sử dụng để đại diện cho nhiệt độ trong phương trình là T với các đơn vị SI của kelvin.

Tốc độ của một hạt khí tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó. Khối lượng của khí cầu trong video thu hẹp khi các hạt khí bị kẹt lại làm chậm lại với việc bổ sung nitơ cực lạnh. Nhiệt độ của bất kỳ hệ thống vật lý nào liên quan đến chuyển động của các hạt (các phân tử và nguyên tử) tạo nên hệ thống [khí]. [12] Trong cơ học thống kê, nhiệt độ là thước đo của động năng trung bình lưu trữ trong một hạt. Các phương pháp lưu trữ năng lượng này được quyết định bởi mức độ tự do của các hạt (chế độ năng lượng). Năng lượng động học được bổ sung (quá trình endothermic) tới các hạt khí bằng cách va chạm tạo ra chuyển động tuyến tính, quay và rung động. Ngược lại, một phân tử trong một chất rắn chỉ có thể làm tăng các chế độ rung động của nó khi bổ sung nhiệt vì cấu trúc tinh thể lưới tinh thể ngăn cản cả chuyển động tuyến tính và luân chuyển. Những phân tử khí nóng này có một phạm vi tốc độ lớn hơn liên tục thay đổi do va chạm liên tục với các hạt khác. Dải tốc độ có thể được mô tả bằng phân phối Maxwell-Boltzmann. Việc sử dụng phân phối này hàm ý các khí lý tưởng gần trạng thái cân bằng nhiệt động lực học đối với hệ thống các hạt đang được xem xét.

### **Khối lượng cụ thể**

Biểu tượng được sử dụng để biểu diễn khối lượng cụ thể trong phương trình là "v" với các đơn vị SI của mét khối trên một kilogram.

Biểu tượng được sử dụng để biểu diễn khối lượng trong phương trình là "V" với các đơn vị SI của mét khối.

Khi thực hiện phân tích nhiệt động lực học, điển hình là nói về các tính chất sâu và rộng. Các tính chất phụ thuộc vào lượng khí (theo khối lượng hoặc thể tích) được gọi là các tính chất rộng, trong khi các tính chất không phụ thuộc vào lượng khí được gọi là các tính chất chuyên sâu. Khối lượng cụ thể là một ví dụ của một tài sản thâm canh bởi vì nó là tỷ lệ khối lượng chiếm bởi một đơn vị khối lượng của một khí giống hệt nhau trong một hệ thống ở trạng thái cân bằng. 1000 nguyên tử một khí chiếm cùng không gian như bất kỳ 1000 nguyên tử khác cho bất kỳ nhiệt độ nhất định và áp lực. Khái niệm này là dễ dàng hơn để hình dung cho chất rắn như sắt không nén được so với khí. Vì khí chứa đầy bất kỳ thùng chứa nào trong đó nó được đặt, khối lượng là một tài sản rộng lớn.