Was ist ein ideales Gas?
Ein ideales Gas ist ein theoretischer Substanzzustand, den Physiker in der Wahrscheinlichkeitstheorieanalyse verwendet. Ideales Gas besteht aus Molekülen, die sich voneinander abprallen, ohne dass sie sonst überhaupt interagieren. Es gibt keine Kräfte der Anziehung oder Abstoßung zwischen den Molekülen, und während der Kollisionen geht keine Energie verloren. Ideale Gase können durch Volumen, Dichte und Temperatur vollständig beschrieben werden.
Die Zustandsgleichung für ein ideales Gas, das allgemein als ideales Gasgesetz bezeichnet wird, ist PV = NKT. In der Gleichung ist n die Anzahl der Moleküle und k ist Boltzmanns Konstante, was ungefähr 1,4 x 10 -23 Joule pro Kelvin entspricht. Was normalerweise wichtiger ist, ist, dass Druck und Volumen umgekehrt proportional und jeweils proportional zur Temperatur sind. Dies bedeutet zum Beispiel, dass das Volumen des Gases halbieren muss, wenn der Druck verdoppelt wird, während die Temperatur konstant gehalten wird. Wenn sich das Volumen des Gases verdoppelt, während der Druck konstant gehalten wird, muss sich auch die Temperatur verdoppeln. InDie meisten Beispiele, die Anzahl der Moleküle im Gas wird als konstant angesehen.
Natürlich ist dies nur eine Annäherung. Kollisionen zwischen Gasmolekülen sind nicht perfekt elastisch, etwas Energie geht verloren und es gibt elektrostatische Kräfte zwischen Gasmolekülen. In den meisten alltäglichen Situationen nähert sich das ideale Gasgesetz jedoch dem tatsächlichen Verhalten von Gasen eng an. Auch wenn es nicht für die Durchführung von Berechnungen verwendet wird, kann es einem Wissenschaftler helfen, die Beziehungen zwischen Druck, Volumen und Temperatur zu behalten, um ein Gasverhalten intuitiv zu verstehen.
Das ideale Gasrecht ist häufig die erste Gleichung, die Menschen beim Studium von Gasen in einer Einführungsphysik- oder Chemieklasse lernen. Die Gleichung von Van der Waal, die einige geringfügige Korrekturen für die grundlegenden Annahmen des idealen Gasgesetzes umfasst, wird auch in vielen Einführungskursen unterrichtet. In der Praxis ist die Korrektur jedoch so klein, dass wenn dieDas ideale Gasrecht ist für einen bestimmten Antrag nicht korrekt genug. Die Gleichung von Van der Waal ist auch nicht gut genug.
Wie bei den meisten Thermodynamik wird auch angenommen, dass ideales Gas in einem Gleichgewichtszustand liegt. Diese Annahme ist eindeutig falsch, wenn sich Druck, Volumen oder Temperatur ändert. Wenn sich diese Variablen langsam ändern, ein Zustand namens Quasi statisches Gleichgewicht, kann der Fehler jedoch akzeptabel klein sein. Aufgeben der Annahme eines quasi statischen Gleichgewichts bedeutet, die Thermodynamik für die kompliziertere Welt der statistischen Physik zurückzulassen.