Wat is een ideaal gas?

Een ideaal gas is een theoretische stofstatus die door fysici wordt gebruikt in de analyse van de waarschijnlijkheidstheorie.Ideaal gas bestaat uit moleculen die van elkaar stuiteren zonder überhaupt anders te communiceren.Er zijn geen krachten van aantrekkingskracht of afstoting tussen de moleculen en er gaat geen energie verloren tijdens de botsingen.Ideale gassen kunnen volledig worden beschreven door hun volume, dichtheid en temperatuur.

De staatsvergelijking voor een ideaal gas, algemeen bekend als de ideale gaswet, is PV ' NKT.In de vergelijking is N het aantal moleculen en is k Boltzmanns constant, dat gelijk is aan ongeveer 1,4 x 10 ^-23 joules per kelvin.Wat meestal belangrijker is, is dat druk en volume omgekeerd evenredig zijn en dat elk evenredig is met de temperatuur.Dit betekent bijvoorbeeld dat als de druk wordt verdubbeld terwijl de temperatuur constant wordt gehouden, het volume van het gas moet halveren;Als het volume van het gas wordt verdubbeld terwijl de druk constant wordt gehouden, moet de temperatuur ook verdubbelen.In de meeste voorbeelden wordt het aantal moleculen in het gas als constant beschouwd.

Natuurlijk is dit slechts een benadering.Botsingen tussen gasmoleculen zijn niet perfect elastisch, sommige energie gaat verloren en elektrostatische krachten tussen gasmoleculen bestaan.Maar in de meeste dagelijkse situaties benadert de ideale gaswet het werkelijke gedrag van gassen nauwkeurig.Zelfs als het niet wordt gebruikt voor het uitvoeren van berekeningen, kan het bijhouden van de relaties tussen druk, volume en temperatuur een wetenschapper helpen een gasgedrag intuïtief te begrijpen.

De ideale gaswet is vaak de eerste vergelijking die mensen leren bij het bestuderen van gassen inEen inleidende natuurkunde of chemieklasse.Van der Waals -vergelijking, die enkele kleine correcties omvat voor de ideale basiswetten basisaannames, wordt ook gegeven in veel inleidende cursussen.In de praktijk is de correctie echter zo klein dat als de ideale gaswet niet nauwkeurig genoeg is voor een bepaalde toepassing, de van der Waals -vergelijking ook niet goed genoeg zal zijn.

Zoals in de meeste thermodynamica, wordt ook ideaal gas verondersteld te zijnin een staat van evenwicht.Deze veronderstelling is duidelijk onwaar als de druk, het volume of de temperatuur verandert;Als deze variabelen langzaam veranderen, een toestand genaamd quasi statisch evenwicht, kan de fout echter acceptabel klein zijn.Het opgeven van de veronderstelling van quasi statisch evenwicht betekent dat de thermodynamica achterblijft voor de meer gecompliceerde wereld van statistische fysica.