Co je ideální plyn?

Ideální plyn je teoretický stav hmoty používaný fyziky při analýze teorie pravděpodobnosti. Ideální plyn je tvořen molekulami, které se navzájem odrazí, aniž by jinak interagovaly. Mezi molekulami nejsou žádné přitažlivé síly nebo odpudivost a během kolizí není ztracena žádná energie. Ideální plyny lze zcela popsat jejich objemem, hustotou a teplotou.

Stavová rovnice pro ideální plyn, běžně známá jako zákon o ideálním plynu, je PV = NkT. V rovnici N je počet molekul a k je Boltzmannova konstanta, která se rovná asi 1,4 x ^10-23 joul na kelvin. Obvykle je důležitější, že tlak a objem jsou nepřímo úměrné a každý je úměrný teplotě. To například znamená, že pokud se tlak zdvojnásobí při udržování konstantní teploty, musí se objem plynu snížit na polovinu; pokud se objem plynu zdvojnásobí, zatímco je tlak udržován konstantní, musí se teplota také zdvojnásobit. Ve většině příkladů je počet molekul v plynu považován za konstantní.

To je samozřejmě jen přibližování. Srážky mezi molekulami plynu nejsou dokonale elastické, část energie je ztracena a mezi molekulami plynu existují elektrostatické síly. Ve většině každodenních situacích však zákon o ideálním plynu blíží skutečné chování plynů. I když to není používáno pro provádění výpočtů, udržování vztahů mezi tlakem, objemem a teplotou v paměti může vědci pomoci pochopit chování plynu intuitivně.

Zákon o ideálním plynu je často první rovnicí, kterou se lidé učí při studiu plynů v úvodní třídě fyziky nebo chemie. Van der Waalova rovnice, 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 pokud zákon o ideálním plynu není pro danou aplikaci dostatečně přesný, nebude rovnice Van der Waala dost dobrá.

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