理想気体

🧠 理想気体ideal gas 理想気体（ideal gas）ideal gas（理想気体） は、粒子自身の体積と粒子間相互作用を無視 neglect 無視（neglect） neglect（無視） して、気体の巨視的状態 macrostate 巨視的状態（macrostate） macrostate（巨視的状態） を単純化したモデルである。

理想気体近似

十分希薄 rarefaction 希薄（rarefaction） rarefaction（希薄） な気体では圧力、体積、温度、物質量の関係を理想気体 ideal gas 理想気体（ideal gas） ideal gas（理想気体） の法則で近似できる。

状態方程式van der Waals equation 状態方程式（van der Waals equation）van der Waals equation（状態方程式） を分子衝突から説明する微視的根拠は、気体分子運動論kinetic gas theory気体分子運動論（kinetic gas theory）kinetic gas theory（気体分子運動論）で導く。

flowchart TD
  A["多数の自由粒子"]
  B["壁との衝突で圧力"]
  C["状態量が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ideal gas'>理想気体</span>の法則で結ばれる"]
  A --> B
  B --> C

状態方程式

$n$は物質量、$N$は粒子数、$R=N_Ak_B$。温度は絶対温度を用いる。

近似が成り立つ条件

同じ現象を巨視的 macroscopic 巨視的（macroscopic） macroscopic（巨視的） な状態量と法則で記述する枠組みは、熱力学の基礎I―系の種類で整理する。

• ボイルの法則Boyle's law ボイルの法則（Boyle's law）Boyle's law（ボイルの法則） （Boyle law）は一定Tで$p∝1/V$。
• シャルルの法則Charles's law シャルルの法則（Charles's law）Charles's law（シャルルの法則） （Charles law）は一定pで$V∝T$。
• 内部エネルギーinternal energy 内部エネルギー（internal energy）internal energy（内部エネルギー） は単原子理想気体 monatomic ideal gas 単原子理想気体（monatomic ideal gas） monatomic ideal gas（単原子理想気体） で温度だけに依存。

生体・医学での解釈

肺胞気alveolar gas 肺胞気（alveolar gas）alveolar gas（肺胞気） 体や希薄 rarefaction 希薄（rarefaction） rarefaction（希薄） な混合気体の近似、分圧の理解に使う。ただし気体の溶解度を含む測定では理想気体 ideal gas 理想気体（ideal gas） ideal gas（理想気体） 則からのずれを考慮する必要があり、理想気体ideal gas 理想気体（ideal gas）ideal gas（理想気体） 則は圧力差 pressure difference 圧力差（pressure difference） pressure difference（圧力差） を利用する測定系にも応用される。¹²

まとめ

• 理想気体ideal gas 理想気体（ideal gas）ideal gas（理想気体） は、粒子自身の体積と粒子間相互作用を無視 neglect 無視（neglect） neglect（無視） することで、気体の巨視的状態 macrostate 巨視的状態（macrostate） macrostate（巨視的状態） を単純化したモデル。
• ボイルの法則Boyle's law ボイルの法則（Boyle's law）Boyle's law（ボイルの法則） は一定Tで$p∝1/V$。
• 肺胞気alveolar gas 肺胞気（alveolar gas）alveolar gas（肺胞気） 体や希薄 rarefaction 希薄（rarefaction） rarefaction（希薄） な混合気体の近似、分圧の理解に使う。