¿Por qué hay más de una ecuación para describir el gas real?

Answer 1

No es que haya más de una ecuación solo para describir el gas real. La mayoría de los fenómenos naturales son demasiado complejos para describirlos mediante ecuaciones simples.

Considere el efecto de la fuerza en un cuerpo: ¿es [matemática] F = ma [/ matemática] la única ecuación que lo describe? ¡No! Eso es una aproximación. Si necesita una respuesta más precisa, utiliza conceptos relativistas y las ecuaciones se vuelven más complejas.

O considere las ecuaciones de movimiento. ¿Son la única forma de caracterizar el movimiento de un objeto? ¡No! Si tiene en cuenta la resistencia del aire, obtendrá un nuevo conjunto de ecuaciones.

Las ecuaciones de un péndulo simple suponen una cuerda sin masa, las ecuaciones de transferencia de calor suponen gradientes lineales de temperatura, las ecuaciones en dinámica de fluidos suponen flujo laminar, y así sucesivamente.

Así que aquí está la idea básica: observar un fenómeno, obtener algunos datos, encontrar una ecuación que se ajuste a los datos razonablemente bien. Esa es una ecuación que describe el fenómeno. Si necesita ecuaciones más precisas, obtiene más datos, ajusta una ecuación más compleja, etc. En lugar de recopilar datos, puede usar las matemáticas. A menudo, las derivaciones para llegar al conjunto inicial de ecuaciones hacen algunas suposiciones simplificadoras (como masa constante y sin resistencia del aire en los ejemplos anteriores) y aproximaciones. A medida que necesita ecuaciones más precisas, elimina uno o más supuestos simplificadores y utiliza mejores aproximaciones y resuelve el sistema más complejo resultante.

Eso es lo que sucede al modelar gases reales. Como primera aproximación, puede modelarlos como gases ideales, ignorando las fuerzas intermoleculares y el tamaño de las moléculas. Luego, cuando necesita más precisión, considera estos factores y obtiene otro sistema de ecuaciones. Simplifica este sistema utilizando diferentes aproximaciones para obtener tus diferentes conjuntos de ecuaciones. Todos estos se aproximan mucho al comportamiento real del gas, pero ninguno de ellos es exacto para todos los gases en todas las condiciones.

Answer 2

Bueno, en primer lugar, hay muchos gases reales diferentes y pueden comportarse de manera diferente entre sí. Entonces, una ecuación que se usa para un gas puede no ser correcta para otro gas. Pero incluso para un solo gas, hay diferentes ecuaciones para diferentes regímenes. Por ejemplo, puede haber ecuaciones que se aplican a alta presión y baja temperatura y otras que son para baja presión, pero alta temperatura.

Algunas ecuaciones simplemente se ajustan a los datos empíricos y podrían dar grandes errores cuando se usan fuera del rango de valores en los datos utilizados para generar el ajuste de la curva. Algunas ecuaciones pueden ser más precisas, pero difíciles de calcular. A veces es más importante tener resultados rápidos que resultados precisos.

Answer 3

Los gases reales no se encuentran entre mis campos de especialización, pero como principio general, las ecuaciones surgen de modelos científicos.

Los gases reales forman un ejemplo de un sistema complejo. Incluso si pudiéramos modelar todos los aspectos conocidos de los gases reales con precisión, las ecuaciones resultantes serían más complejas de lo que podemos resolver.

Entonces, lo que hacemos es simplificar los modelos para tener en cuenta solo algunas características. Entonces las ecuaciones son más fáciles de aplicar.

Dependiendo de lo que queramos estimar, elegiremos una simplificación u otra. Cada modelo simplificado producirá una ecuación diferente para la misma cantidad.