Идеални гас

Термодинамика
Класична Карноова топлотна машина
Гране Класична термодинамика Статистичка физика
Закони Нулти Први Други Трећи
Системи Термодинамичко стање Једначина стања Идеални гас Реални гас Агрегатна стања Равнотежа Процеси Изобарски Изохорски Изотермски Адијабатски Изоентропијски Изоенталпијски Квазистатички Политропски Слободна експанзија Реверзибилност Иреверзибилност Ендореверзибилност Циклуси Топлотни мотори Топлотне пумпе Термална ефикасност
Особине система Термодинамички дијаграми Интензивне и екстензивне величине Функције стања Температура / Ентропија Увод у ентропију Притисак / Запремина Хемијски потенцијал / Број честица Квалитет паре Редуковане особине Процесне функције Рад Топлота
Особине материјала Специфични топлотни капацитет  $c=$ $T$ $\partial S$ $N$ $\partial T$ Компресибилност  $\beta =-$ $1$ $\partial V$ $V$ $\partial p$ Термална експанзија  $\alpha =$ $1$ $\partial V$ $V$ $\partial T$
Једначине Карноова теорема Клаузијусова теорема Клаузијус-Клаперон однос Фундаментална релација Једначина стања идеалног гаса Максвелове једначине Онсагерове реципрочне релације Бридгманове термодинамичке једначине
Потенцијали Слободна енергија Слободна ентропија Унутрашња енергија $U(S,V)$ Енталпија $H(S,p)=U+pV$ Хелмхолцова слободна енергија $A(T,V)=U-TS$ Гибсова слободна енергија $G(T,p)=H-TS$

Идеални гасови су гасови који не постоје у природи. Сачињени су од веома ситних честица, молекули идеалног гаса су међусобно удаљени, што доводи до тога да су међумолекуларне силе привлачења и одбијања занемарљиве. Молекули идеалног гаса се сударају са зидовима суда у коме се налазе при чему мењају само правац и смер док има брзина остаје иста, тј. константна: $V=const.$. Дакле, занемарује се интеракција између честица гаса. Идеализација има сврху за лакше рачунање физичко-хемијских гасних једначина. Стање реалног гаса описују једначине попут Ван дер Валсове једначине.

Класична термодинамика идеалног гаса

Једначина стања идеалног гаса је:

$PV=nRT$

Ова једначина је изведена из:

• Бојловог закона:

$V=k/P$ (за константне T и n);

• Чарлсовог закона:

$V=bT$ (за константне P и n); и

• Авогадровог закона:

$V=an$ (за константне T и P).

Комбиновањем ова три закона може се показати да:

$3V=kba\left({\frac {Tn}{P}}\right)$, или

$V=\left({\frac {kba}{3}}\right)\left({\frac {Tn}{P}}\right)$.

Под идеалним условима, $V=R\left({\frac {Tn}{P}}\right)$ ; те је, $PV=nRT$.

Унутрашња енергија идеалног гаса је:

$U={\hat {c}}_{V}nRT$

где

• $P$ je притисак
• $V$ је запремина
• $n$ је количина супстанце гаса (у моловима)
• $R$ je гасна константа (8,314 J·K⁻¹mol^-1)
• $T$ је апсолутна температура
• $k$ је константа која се користи у Бојловом закону
• $b$ је константа пропорционалности; једнака са $V/T$
• $a$ је константа пропорционалности; једнака са $V/n$
• $U$ је унутрашња енергија
• ${\hat {c}}_{V}$ је бездимензиони специфични топлотни капацитет на константној запремини, ≈ 3/2 за монатомски гас, 5/2 за диатомски гас и 3 за комплексније молекуле.

Да би се прешло са мактроскопских величина (лева страна следеће једначине) на микроскопске (десна страна), користи се

$nR=Nk_{B}\$

где

• $N$ је број честица гаса
• $k_{B}$ је Болцманова константа (1.381×10⁻²³J·K⁻¹).

Расподела вероватноће честица по брзини или енергији је дата Максвел-Болцмановом расподелом.

Закон идеалног гаса је екстензија експериментално изведених гасних закона. Реални флуиди мале густине и високе температуре опонашају класични идеални гас. Међутим, на нижим температурама и вишим густинама, долази до девијације реалног флуида од понашања идеалог гаса, посебно при кондензацији из гаса у течност, као и при прелазу из гасовитог у чврсто стање. Ова девијатиција се изражава фактором компресибилности.