理想気体：熱力学と統計力学における物理モデル

理想気体（りそうきたい、英: ideal gas）とは、熱力学および統計力学において、気体の性質を理論的に考察するために導入される仮想的な物理モデルである。

概要と定義

理想気体は、気体分子が互いに体積を持たず、分子間力（相互作用）が全く働かないと仮定されたモデルである。実際の気体は分子自身の体積や分子間の相互作用を持つが、低圧かつ高温の条件下では実在気体も理想気体に近い挙動を示す。

状態方程式

理想気体の状態変化は、ボイル＝シャルルの法則を拡張した理想気体の状態方程式によって記述される。物質量 $n$ の理想気体が示す圧力 $p$、体積 $V$、絶対温度 $T$ の間には、次の関係が成り立つ。

pV = nRT

ここで、$R$ はモル気体定数である。

熱力学特性

理想気体の内部エネルギーは、体積には依存せず温度のみの関数であるという特徴を持つ。これにより、定圧モル比熱と定積モル比熱の差が気体定数に等しくなる（マイヤーの関係式）。

実在気体との違い

極端な高圧や低温の環境下では、分子の体積や分子間引力の影響が無視できなくなるため、理想気体の法則からは大きく外れるようになる。このような状況下では、ファンデルワールス方程式などの実在気体モデルが用いられる。