Vad är en idealisk gas?
En ideal gas är ett teoretiskt ämnesläge som används av fysiker i analys av sannolikhetsteori. Ideal gas består av molekyler som studsar av varandra utan att på något annat sätt interagera. Det finns inga dragkrafter eller avstötning mellan molekylerna och ingen energi går förlorad under kollisionerna. Idealiska gaser kan beskrivas fullständigt genom deras volym, densitet och temperatur.
Tillståndsekvationen för en ideal gas, allmänt känd som den ideala gaslagen, är PV = NkT. I ekvationen är N antalet molekyler och k är Boltzmanns konstant, vilket är lika med cirka 1,4 x 10-23 joule per kelvin. Det som vanligtvis är viktigare är att tryck och volym är omvänt proportionella och var och en är proportionell mot temperaturen. Detta betyder till exempel att om trycket fördubblas medan temperaturen hålls konstant, måste gasens volym halveras; om gasens volym fördubblas medan trycket hålls konstant, måste temperaturen också fördubblas. I de flesta exempel anses antalet molekyler i gasen vara konstant.
Naturligtvis är detta bara en approximation. Kollisioner mellan gasmolekyler är inte helt elastiska, viss energi går förlorad och elektrostatiska krafter mellan gasmolekyler finns. Men i de flesta vardagliga situationer närmar sig den ideala gaslagen nära gasens faktiska beteende. Även om det inte används för att utföra beräkningar, kan förhållandet mellan tryck, volym och temperatur i åtanke hjälpa en forskare att förstå en gasbeteende intuitivt.
Den ideala gaslagen är ofta den första ekvationen som människor lär sig när de studerar gaser i en introduktionsfysik eller kemi. Van der Waals ekvation, som innehåller några mindre korrigeringar av den ideala gaslagens grundläggande antaganden, undervisas också i många introduktionskurser. I praktiken är korrigeringen emellertid så liten att om den ideala gaslagen inte är tillräckligt noggrann för en given tillämpning, kommer heller inte Van der Waal-ekvationen att vara bra nog.
Liksom i de flesta av termodynamiken antas också ideal gas vara i jämviktstillstånd. Detta antagande är helt klart falskt om trycket, volymen eller temperaturen förändras; om dessa variabler förändras långsamt, ett tillstånd som kallas kvasi-statisk jämvikt, kan emellertid felet vara acceptabelt litet. Att ge upp antagandet om kvasstatisk jämvikt innebär att lämna termodynamik efter statistikens mer komplicerade värld.