Gaz ideal

Një gaz ideal është një gaz teorik i përbërë nga shumë grimca pikash që lëvizin rastësisht që nuk i nënshtrohen ndërveprimeve ndërgrimcash.[1] Koncepti i gazit ideal është i dobishëm sepse i bindet ligjit të gazit ideal, një ekuacion të thjeshtuar të gjendjes dhe është i përshtatshëm për analizë nën mekanikën statistikore. Kërkesa e ndërveprimit zero shpesh mund të relaksohet nëse, për shembull, ndërveprimi është krejtësisht elastik ose konsiderohet si përplasje pikash.

Në kushte të ndryshme të temperaturës dhe presionit, shumë gazra realë sillen në mënyrë cilësore si një gaz ideal ku molekulat e gazit (ose atomet për gazin monoatomik) luajnë rolin e grimcave ideale. Shumë gazra si azoti, oksigjeni, hidrogjeni, gazrat fisnikë, disa gazra më të rëndë si dioksidi i karbonit dhe përzierjet si ajri, mund të trajtohen si gaze ideale brenda tolerancave të arsyeshme[2] mbi një interval të konsiderueshëm parametrash rreth temperaturës dhe presionit standard. Në përgjithësi, një gaz sillet më shumë si një gaz ideal në temperaturë më të lartë dhe presion më të ulët,[2] pasi energjia potenciale për shkak të forcave ndërmolekulare bëhet më pak e rëndësishme në krahasim me energjinë kinetike të grimcave dhe madhësia e molekulave bëhet më pak e rëndësishme në krahasim me hapësira boshe midis tyre. Një mol i një gazi ideal ka një vëllim prej 22,710 954 64 ... litra (vlera e saktë bazuar në ripërcaktimin e vitit 2019 të njësive bazë SI në temperaturë dhe presion standard (një temperaturë prej 273,15 K dhe një presion absolut saktësisht 105 Pa).

Modeli ideal i gazit tenton të dështojë në temperatura më të ulëta ose presione më të larta, kur forcat ndërmolekulare dhe madhësia molekulare bëhen të rëndësishme. Ai gjithashtu dështon për shumicën e gazeve të rënda, të tilla si shumë ftohës, [2] dhe për gazet me forca të forta ndërmolekulare, veçanërisht avujt e ujit. Në presione të larta, vëllimi i një gazi të vërtetë shpesh është dukshëm më i madh se ai i një gazi ideal. Në temperatura të ulëta, presioni i një gazi të vërtetë shpesh është dukshëm më i vogël se ai i një gazi ideal. Në një pikë të temperaturës së ulët dhe presionit të lartë, gazrat e vërtetë i nënshtrohen një tranzicioni fazor, si për shembull në një lëng ose në një të ngurtë. Modeli i një gazi ideal, megjithatë, nuk përshkruan ose lejon kalimet fazore. Këto duhet të modelohen nga ekuacione më komplekse të gjendjes. Devijimi nga sjellja ideale e gazit mund të përshkruhet nga një sasi pa dimension, faktori i kompresueshmërisë, Z.

Modeli ideal i gazit është eksploruar si në dinamikën e Njutonit (si në "teorinë kinetike") dhe në mekanikën kuantike (si "gaz në një kuti"). Modeli ideal i gazit është përdorur gjithashtu për të modeluar sjelljen e elektroneve në një metal (në modelin Drude dhe modelin e elektroneve të lira), dhe është një nga modelet më të rëndësishme në mekanikën statistikore.

Nëse presioni i një gazi ideal zvogëlohet në një proces mbytjeje, temperatura e gazit nuk ndryshon. (Nëse presioni i një gazi real zvogëlohet në një proces mbytjeje, temperatura e tij ose bie ose rritet, në varësi të faktit nëse koeficienti i tij Joule-Thomson është pozitiv ose negativ.)