Qual è un gas ideale?

Un gas ideale è uno stato di materia teorica utilizzato dai fisici nell'analisi della teoria della probabilità. Il gas ideale è costituito da molecole che rimbalzano l'una dall'altra senza interagire altrimenti. Non ci sono forze di attrazione o repulsione tra le molecole e nessuna energia viene persa durante le collisioni. I gas ideali possono essere completamente descritti dal loro volume, densità e temperatura.

L'equazione statale per un gas ideale, comunemente noto come legge sul gas ideale, è PV = NKT. Nell'equazione, n è il numero di molecole e K è la costante di Boltzmann, che è pari a circa 1,4 x 10 -23 joule per kelvin. Ciò che di solito è più importante è che la pressione e il volume sono inversamente proporzionali e ognuno è proporzionale alla temperatura. Ciò significa, ad esempio, che se la pressione viene raddoppiata mentre la temperatura viene mantenuta costante, il volume del gas deve dimezzare; Se il volume del gas viene raddoppiato mentre la pressione viene mantenuta costante, anche la temperatura deve raddoppiare. InLa maggior parte degli esempi, il numero di molecole nel gas è considerata costante.

Certo, questa è solo un'approssimazione. Le collisioni tra molecole di gas non sono perfettamente elastiche, una certa energia viene persa e esistono forze elettrostatiche tra molecole di gas. Ma nella maggior parte delle situazioni quotidiane, la legge sul gas ideale si avvicina attentamente al comportamento effettivo dei gas. Anche se non viene utilizzato per eseguire calcoli, mantenere in mente le relazioni tra pressione, volume e temperatura può aiutare uno scienziato a comprendere intuitivamente un comportamento di gas.

La legge sul gas ideale è spesso la prima equazione che le persone imparano quando studiano gas in una lezione introduttiva di fisica o chimica. L'equazione di Van der Waal, che comprende alcune piccole correzioni ai presupposti di base della legge sul gas ideale, è anche insegnata in molti corsi introduttivi. In pratica, tuttavia, la correzione è così piccola che se ilLa legge sul gas ideale non è abbastanza accurata per una determinata applicazione, l'equazione di Van der Waal non sarà nemmeno abbastanza buona.

Come nella maggior parte della termodinamica, si presume anche che il gas ideale sia in uno stato di equilibrio. Questa ipotesi è chiaramente falsa se la pressione, il volume o la temperatura stanno cambiando; Se queste variabili cambiano lentamente, uno stato chiamato equilibrio quasi statico, l'errore può essere accettabilmente piccolo. Rinunciare al presupposto dell'equilibrio quasi statico significa lasciare alle spalle la termodinamica per il mondo più complicato della fisica statistica.