Визначення ідеального газу
Ідеальний газ є теоретичним узагальненням, яке використовується фізиками для аналізу теорії ймовірностей. Ідеальний газ складається з молекул, які відштовхуються одна від одної і не взаємодіють зі стінками посудини. Усередині ідеального газу не існує сили тяжіння або відштовхування між молекулами, і енергія не втрачається під час зіткнень. Ідеальний газ можна повністю описати за допомогою кількох параметрів: об`єму, щільності і температури.
Рівняння стану для ідеального газу, широко відоме як Закон про ідеальному газі, має вигляд:
PV = NkT.
У рівнянні N - це число молекул, k - постійна Больцмана, яка дорівнює приблизно 14000 джоулів на Кельвін. Найбільш важливим є те, що тиск і обсяг обернено пропорційно один одному, і прямо пропорційно температурі. Це означає, що якщо тиск зросте в два рази, а температура не зміниться, то обсяг газу також збільшиться вдвічі. Якщо ж обсяг газу збільшиться в два рази, а тиск залишиться постійним, то температура збільшиться вдвічі. У більшості випадків, число молекул в газі вважається постійним.
Зіткнення між молекулами газу не є ідеально пружними і частина енергії втрачається. Також між молекулами газу існують електростатичні сили взаємодії. Але для більшості ситуацій закон ідеального газу максимально наближений до реального поведінки газів. Формула співвідношення між тиском, об`ємом і температурою може допомогти вченому інтуїтивно зрозуміти поведінку газу.
Практичне застосування
Закон ідеального газу є першим рівнянням, з яким учні знайомляться при вивченні газів на уроках фізики або хімії. Рівняння Ван-дер-Ваальса, яке включає декілька незначних виправлень в основних припущеннях закону про ідеальному газі також є складовою частиною багатьох вступних курсів. На практиці ці відмінності настільки малі, що якщо закон ідеального газу непридатний для цього конкретного випадку, то і рівняння Ван-дер-Ваальса не задовольнятиме умовам точності.
Як і в більшості розділів термодинаміки, ідеальний газ так само спочатку знаходиться в стані рівноваги. Це припущення не є вірним, якщо тиск, обсяг або температура змінюються. Коли ці змінні змінюються поступово, такий стан, називається квазистатическим рівновагою і помилка в розрахунках може бути невеликою. У разі коли параметри системи змінюються хаотичним чином, то модель ідеального газу непридатна.
