Идеални гас

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 ударају 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 физикалнио-хемијских гасних једначина. Стање реалоног 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=N k_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.