Hva er en ideell gass?

En ideell gass er en teoretisk materietilstand brukt av fysikere i analyse av sannsynlighetsteori. Ideell gass er sammensatt av molekyler som spretter av hverandre uten ellers å samvirke i det hele tatt. Det er ingen tiltrekningskrefter eller frastøtning mellom molekylene, og ingen energi går tapt under kollisjonene. Ideelle gasser kan beskrives fullstendig av volum, tetthet og temperatur.

Tilstandsligningen for en ideell gass, ofte kjent som den ideelle gassloven, er PV = NkT. I ligningen er N antall molekyler og k er Boltzmanns konstant, som er lik ca. 1,4 x ^10-23 joule per kelvin. Det som vanligvis er viktigere er at trykk og volum er omvendt proporsjonalt, og hver er proporsjonal med temperatur. Dette betyr for eksempel at hvis trykket blir doblet mens temperaturen holdes konstant, må volumet av gassen halveres; hvis volumet av gassen dobles mens trykket holdes konstant, må temperaturen også dobles. I de fleste eksempler regnes antallet molekyler i gassen som konstant.

Dette er selvfølgelig bare en tilnærming. Kollisjoner mellom gassmolekyler er ikke perfekt elastiske, noe energi går tapt, og elektrostatiske krefter mellom gassmolekyler eksisterer. Men i de fleste hverdagslige situasjoner tilnærmer den gassloven den faktiske oppførselen til gasser. Selv om det ikke brukes til å utføre beregninger, kan forholdet mellom trykk, volum og temperatur i tankene hjelpe en forsker til å forstå en gassadferd intuitivt.

Den ideelle gassloven er ofte den første ligningen som folk lærer når de studerer gasser i en introduksjonsfysikk eller kjemi. Van der Waal-ligningen, som inkluderer noen mindre korreksjoner av den ideelle gasslovens grunnleggende forutsetninger, blir også undervist i mange introduksjonskurs. I praksis er korreksjonen imidlertid så liten at hvis den ideelle gassloven ikke er nøyaktig nok for en gitt anvendelse, vil heller ikke Van der Waal-ligningen være god nok.

Som i det meste av termodynamikk antas også ideell gass å være i en likevektstilstand. Denne antagelsen er helt klart falsk hvis trykket, volumet eller temperaturen endrer seg; Hvis disse variablene endrer seg sakte, en tilstand som kalles kvasi-statisk likevekt, kan feilen imidlertid være akseptabel liten. Å gi opp antagelsen om kvasi-statisk likevekt betyr å forlate termodynamikken etter den mer kompliserte verdenen til statistisk fysikk.