Co je ideální plyn?

Ideální plyn je teoretický stav, který fyziky používají v analýze teorie pravděpodobnosti. Ideální plyn se skládá z molekul, které se od sebe odrazují, aniž by jinak interagovaly. Mezi molekulami neexistují žádné síly přitažlivosti nebo odpuzování a během srážky se neztratí žádná energie. Ideální plyny mohou být zcela popsány podle jejich objemu, hustoty a teploty.

Státní rovnice pro ideální plyn, běžně známý jako zákon o ideálním plynu, je PV = NKT. V rovnici je n počet molekul a K je Boltzmannova konstanta, která se rovná asi 1,4 x 10 ^{-23 jouly na Kelvin. Obvykle je důležitější, že tlak a objem jsou nepřímo úměrné a každá je úměrná teplotě. To například znamená, že pokud je tlak zdvojnásoben, zatímco je teplota udržována konstantní, pak objem plynu musí na polovinu; Pokud se objem plynu zdvojnásobí, když je tlak udržován konstantní, musí se teplota také zdvojnásobit. VVětšina příkladů je počet molekul v plynu považován za konstantní.}

Samozřejmě, jedná se pouze o aproximaci. Srážky mezi molekulami plynu nejsou dokonale elastické, ztracena určitá energie a existují elektrostatické síly mezi molekulami plynu. Ve většině každodenních situací však zákon o ideálním plynu úzce přibližuje skutečné chování plynů. I když se nepoužívá pro provádění výpočtů, udržení vztahů mezi tlakem, objemem a teplotou může vědce pomoci pochopit chování plynu intuitivně.

Zákon o ideálním plynu je často první rovnicí, kterou se lidé učí při studiu plynů v úvodní fyzice nebo chemické třídě. Rovnice van der Waal, která zahrnuje několik drobných oprav základních předpokladů zákona o ideálním plynu, se také vyučuje v mnoha úvodních kurzech. V praxi je však korekce tak malá, že pokudZákon o ideálním plynu není dostatečně přesný pro danou aplikaci, rovnice van der Waal nebude také dost dobrá.

Stejně jako u většiny termodynamiky se také předpokládá, že ideální plyn je ve stavu rovnováhy. Tento předpoklad je zjevně nepravdivý, pokud se tlak, objem nebo teplota mění; Pokud se tyto proměnné mění pomalu, stav zvaný kvazi statická rovnováha, může být však chyba přijatelně malá. Vzdání se předpokladu kvazi statické rovnováhy znamená ponechat termodynamiku pozadu pro komplikovanější svět statistické fyziky.