Co to jest idealny gaz?

Gaz idealny jest stanem materii teoretycznej stosowanym przez fizyków w analizie teorii prawdopodobieństwa. Gaz idealny składa się z cząsteczek, które odbijają się od siebie, w ogóle w interakcji. Między cząsteczkami nie ma sił przyciągania lub odpychania, a podczas zderzeń żadna energia nie jest tracona. Gazy idealne mogą być całkowicie opisane przez ich objętość, gęstość i temperaturę.

Równanie stanu dla gazu idealnego, powszechnie znanego jako prawo gazu idealnego, to PV = NKT. W równaniu N jest liczbą cząsteczek, a K jest stałą Boltzmanna, co jest równe około 1,4 x 10 ^-23 dżule na Kelvin. Zwykle ważniejsze jest to, że ciśnienie i objętość są odwrotnie proporcjonalne, a każdy jest proporcjonalny do temperatury. Oznacza to na przykład, że jeśli ciśnienie jest podwojone, gdy temperatura jest utrzymywana na stałej, wówczas objętość gazu musi zmniejszyć o połowę; Jeśli objętość gazu jest podwojona, gdy ciśnienie jest utrzymywane na stałym poziomie, temperatura musi również podwoić. WWiększość przykładów, liczba cząsteczek w gazie jest uważana za stały.

Oczywiście jest to tylko przybliżenie. Zderzenia między cząsteczkami gazu nie są idealnie sprężyste, niektóre energia są utracone, a siły elektrostatyczne między cząsteczkami gazu. Ale w większości codziennych sytuacji idealne prawo gazu ściśle przybliża faktyczne zachowanie gazów. Nawet jeśli nie jest ono używane do wykonywania obliczeń, mając na uwadze relacje między ciśnieniem, objętością i temperaturą może pomóc naukowcom zrozumieć zachowanie gazu intuicyjnie.

Prawo idealne gazu jest często pierwszym równaniem, którego ludzie uczą się podczas studiowania gazów w klasie wprowadzającej do fizyki lub chemii. Równanie van der Waala, które obejmuje kilka drobnych poprawek podstawowych założeń prawa gazowego, jest również nauczane na wielu kursach wprowadzających. W praktyce jednak korekta jest tak mała, że ​​jeśliPrawo gazu idealnego nie jest wystarczająco dokładne do danego zastosowania, równanie van der Waal też nie będzie wystarczająco dobre.

Podobnie jak w większości termodynamiki, przyjmuje się również, że gaz idealny jest w stanie równowagi. To założenie jest wyraźnie fałszywe, jeśli zmienia się ciśnienie, objętość lub temperatura; Jeśli zmienne te zmieniają się powoli, stan zwany równowagą quasi statyczną, błąd może być akceptowalnie mały. Zrezygnowanie z założenia quasi statycznej równowagi oznacza pozostawienie termodynamiki za bardziej skomplikowany świat fizyki statystycznej.