Die Luft in einem Wasserball oder in einer Luftmatratze (Bild 1) hat
bei einer bestimmten Temperatur ein bestimmtes Volumen und einen bestimmten
Druck. Liegt ein solcher Ball oder eine Luftmatratze in der prallen Sonne,
so verändert sich die Temperatur der Luft in ihnen. Damit ändern
sich auch Volumen und Druck.
Allgemein wird der Zustand eines Gases durch die drei Größen
Druck, Volumen
und Temperatur beschrieben. Man nennt
sie deshalb auch Zustandsgrößen.
In vielen Fällen, z. B. bei den oben genannten Beispielen, ändern
sich Druck, Volumen und Temperatur eines Gases gleichzeitig. Die Zusammenhänge
werden mit einer Zustandsgleichung beschrieben. Da diese exakt nur für
das ideale Gas gilt, wird sie auch als Zustandsgleichung
für das ideale Gas bezeichnet. Man findet auch die Bezeichnungen
allgemeine Zustandsgleichung für
das ideale Gas oderthermische Zustandsgleichung.
Sie lautet:
Zwischen Druck p,
Volumen V und absoluter Temperatur T
des idealen Gases besteht folgender Zusammenhang:
Für ein reales Gas ist die Zustandsgleichung anwendbar, wenn sich dieses näherungsweise wie das ideale Gas verhält. Das ist für fast alle Gase bei Zimmertemperatur der Fall.
Spezialfälle der allgemeinen
Zustandsgleichung
Aus der genannten Zustandsgleichung lassen sich für konstanten Druck,
für konstantes Volumen und für konstante Temperatur spezielle
Zustandsgleichungen ableiten. Es handelt sich dabei um die Gesetze
von AMONTONS, von GAY-LUSSAC
sowie von BOYLE und MARIOTTE.
Sie sind in der nachfolgenden Übersicht zusammengestellt.
Nähere Erläuterungen zu den drei Spezialfällen der Zustandsgleichung für das ideale Gas sind unter den betreffenden Stichwörtern zu finden.
Die allgemeine Zustandsgleichung in
anderer Form
Die Zustandsgleichung in der Form
wirft die Frage auf, welchen Wert diese Konstante hat und was sich physikalisch
dahinter verbirgt. Setzt man für den Druck p
den Normdruck, für die Temperatur T die
Normtemperatur und für das Volumen V das
Normvolumen ein, so erhält man:
Diese Konstante wird als universelle
Gaskonstante R oder als allgemeine
Gaskonstante R bezeichnet. Ihr genauer
Wert beträgt:
Beträgt das Volumen 
wobei n die Stoffmenge ist, dann ergibt sich
aus:
In der Physik arbeitet man im Unterschied zur Chemie häufiger mit
der Masse als mit der Stoffmenge. Deshalb formt man die genannte Gleichung
(2) so um, dass dort die Masse erscheint. Dazu nutzt man statt der universellen
Gaskonstanten die spezifische Gaskonstante. Beide sind folgendermaßen
miteinander verknüpft:
Die spezifische Gaskonstante ist eine Stoffkonstante, die für jedes Gas angegeben werden kann, dass sich näherungsweise wie das ideale Gas verhält. Die Werte können Tabellenwerken entnommen werden.
Eine vierte Variante der allgemeinen Zustandsgleichung ergibt sich aus Variante (2), wenn man statt der Stoffmenge die Teilchenanzahl einbezieht. Ausgangspunkt der Herleitung ist die Gleichung:
Welche der vier angegebenen Formen der allgemeinen Zustandsgleichung
man nutzt, hängt von den jeweiligen Bedingungen ab. In den Berechnungsbeispielen
findet man unterschiedliche Varianten. Zu beachten ist dabei immer: Die
Gleichung gilt exakt für das ideale Gas und ist auch für andere
Gase anwendbar, wenn sie sich näherungsweise wie das ideale Gas verhalten.