Vad är en ideal gas?

September 3

En ideal gas är en teoretisk fråga tillstånd används av fysiker i sannolikhetsteoretisk analys. Idealisk gasen består av molekyler som studsar bort av varandra utan annat sätt interagera på alla. Det finns inga krafter av attraktion eller repulsion mellan molekylerna, och ingen energi går förlorad under kollisionerna. Ideala gaser kan helt beskrivs av sin volym, densitet och temperatur.

Staten ekvationen 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 ca 1,4 x 10 -23 joule per grad Kelvin. Vad är vanligen viktigare är att tryck och volym är omvänt proportionella, och var och en är proportionell mot temperaturen. Detta innebär till exempel att om trycket fördubblas medan temperaturen hålls konstant, kan volymen för gasen måste halvera; om volymen av gasen fördubblas medan trycket hålls konstant, måste temperaturen också fördubblas. I de flesta exempel är antalet molekyler i gasen anses vara konstant.

Naturligtvis är detta bara en approximation. Kollisioner mellan gasmolekylerna inte helt elastiska, en del energi går förlorad, och existerar elektrostatiska krafter mellan gasmolekyler. Men i de flesta vardagliga situationer, approximerar den ideala gaslagen noga faktiska beteende gaser. Även om den inte används för att utföra beräkningar, att hålla förhållandet mellan tryck, volym och temperatur i åtanke kan hjälpa en vetenskapsman för att förstå en gas "beteende intuitivt.

Den ideala gaslagen är ofta den första ekvationen att människor lär när man studerar gaser i en inledande fysik eller kemi klass. Van der Waals ekvation, som inkluderar några mindre korrigeringar av den ideala gaslagen grundläggande antaganden, är också undervisat i många introduktionskurser. I praktiken är emellertid korrigeringen så små att om den ideala gaslagen är inte tillräckligt exakt för en given applikation, kommer van der Waals ekvation inte vara tillräckligt bra heller.

Som i de flesta termodynamik, är ideal gas också antas vara i ett tillstånd av jämvikt. Detta antagande är klart falskt om trycket, volym eller temperatur förändras; Om dessa variabler förändras långsamt, ett tillstånd som kallas kvasi statisk jämvikt, felet kan vara acceptabelt liten, dock. Att ge upp antagandet om kvasistatiska jämvikts lämnar termodynamik bakom för den mer komplicerade värld statistisk fysik.