Características físicas

 

Devido a natureza elétrica das partículas acima mencionadas, um campo de força é presente em todo o espaço à sua volta. As interações entre estes campos de força de uma partícula para a próxima dão origem as forças intermoleculares. Dependentes da distância, estas forças intermoleculares influenciam o movimento dessas partículas, e consequentemente, suas propriedades termodinâmicas. À temperaturas e pressões características de muitas aplicações, essas partículas são normalmente muito separadas. Esta separação corresponde a uma força atrativa muito fraca. Como resultado, para muitas aplicações esta força intermolecular torna-se insignificante.

Um gás também apresenta as seguintes características:

 

• Densidade relativamente baixa e viscosidade comparável a dos estados sólido e líquido.

• Volume muito sensível as mudanças na temperatura ou pressão, por isso o termo "compressíveis".

• Difusão rápida, espalhando-se rapidamente, de forma a distruibuir-se homogeneamente e preencher totalmente qualquer recipiente.

 

Pressão

 

Ao descrever um recipiente de gás, o termo pressão (ou pressão absoluta) refere-se a razão entre a força média que o gás exerce na superfície do recipiente e a área dessa superfície. Dentro deste recipiente, às vezes é mais fácil visualizar as partículas de gás movendo-se em linhas retas até colidirem com o recipiente (conforme o diagrama na introdução). A força aplicada por uma partícula de gás dentro do recipiente durante esta colisão é a mudança de momento linear (o produto da massa e velocidade) desta partícula.1 Note-se que durante uma colisão apenas a componente normal da velocidade muda, e portanto, uma partícula viajando paralela à parede nunca tem seu momento alterado. Assim, a força média sobre a superfície deve ser a mudança média na momento linear causada por todas essas colisões de partículas de gás. Mais precisamente, a pressão é a soma de todos os componentes normais das forças exercidas pelas partículas impactando as paredes do recipiente dividida pela área da superfície da parede.

 

Temperatura

 

Temperatura termodinâmica

 

A velocidade de uma partícula de gás é proporcional à sua temperatura absoluta. A temperatura de qualquer sistema físico está relacionada aos movimentos das partículas (moléculas e átomos) que compõem o gás.2 Em mecânica estatística, a temperatura é a medida da energia cinética média das partículas. Os métodos de armazenar essa energia são ditados pelos graus de liberdade da própria partícula. A energia cinética adicionada (processo endotérmico) às partículas de gás devido às colisões produz movimento linear, rotacional, e vibracional também. Por outro lado, uma molécula em estado sólido só pode ter aumentado pela adição de calor o seu modo de vibração, pois a estrutura cristalina reticulada impede movimentos lineares e rotacionais. Estas moléculas de gás aquecido têm uma faixa maior de velocidades, que variam constantemente devido a colisões constantes com outras partículas. A faixa de velocidade pode ser descrita pela distribuição de Maxwell-Boltzmann, sendo essa distribuição uma aproximação para um gás ideal próximo do equilíbrio termodinâmico para o sistema de partículas considerado.

 

Teoria cinética

 

A teoria cinética provê insights sobre as propriedades macroscópicas dos gases, considerando sua composição molecular e movimento. Começando com as definições de momento e energia cinética,3 e usando a conservação de momento e relações geométricas de um cubo para para relacionar propriedades do sistema macroscópicas de temperatura e pressão com propriedades microscópicas de energia cinética por molécula. A teoria fornece valores médios para estas duas propriedades.

A teoria também explica como o sistema gasoso responde a mudanças. Quando um gás é aquecido, a velocidade das partículas aumenta. Isto resulta em um número maior de colisões por segundo com as paredes do recipiente devido as velocidades serem maiores com a temperatura mais elevada. E isto explica o aumento de pressão com o aumento da temperatura.