Korisnik:SmirnofLeary/Idealno gasno stanje

Glavna stranica: Korisnik:Marijana Mićić/Radionica

Idealni gas je teorijski model gasa, koji se sastoji od skupa bestrukturnih čestica kod kojih je kretanje u svim pravcima i smerovima jednako verovatno. Između čestica idealnog gasa nema interakcije. Koncept idealnog gasa je koristan jer poštuje jednačinu stanja idealnog gasa, pojednostavljenu jednačinu stanja, i kao takav je primenljiv u analizi u statističkoj mehanici. U normalnim uslovima okoline, kao što su sobna temperatura i pritisak jednak atmosferskom pritisku na nivou mora, većina realnih gasova se ponaša poput idealnog gasa. Odstupanja realnog gasa od idealnog su najviše izražena pri visokim pritiscima i niskim temperaturama, kada postaju važne međumolekularne sile i dimenzije molekula. U određenom trenutku na niskoj temperaturi i visokom pritisku, realni gasovi menjaju agregatno stanje, kao što je prelaz iz tečnog u čvrsto agregatno stanje. Model idealnog gasa, međutim, ne opisuje i ne dozvoljava promenu agregatnog stanja, što mora da se modeluje složeniim jednačinama stanja.

Model idealnog gasa je istražen u obe mehanike, Njutnovoj mehanici („kinetička teorija“), i u kvantnoj mehanici. Model idealnog gasa je takođe korišćen za modelovanje ponašanja elektrona u metalima (i kao model kulonovog gasa), i to je jedan od najvažnijih modela u statističkoj mehanici.

---

Iz knjige Opšti kurs fizičke hemije

Gas koji se nalazi u idealnom gasnom stanju može se zamisliti kao skup materijalnih tačaka koje međusobno ne interaguju i koje se neprekidno haotično kreću u svim pravcima.Molekuli u ovakvom stanju poseduju samo energiju translatornog kretanja a sudari između njih su elastični.Treba naglasiti da ne postoje idealni gasovi već samo idealno gasno stanje kao određeno fizičko stanje koje teorijski može postići,ili mu se znatno približiti,svaka vrsta materije pri određenim uslovima.Ako su gasovi dovoljno razređeni,zbog velikog rastojanja između molekula,međumolekulske sile postaju zanemarljivo male u odnosu na prosečnu termalnu energiju po čestici.Tada se veliki broj realnih gasova,pri atmosferskom pritisku i sobnoj temperaturi, približava idealnom gasnom stanju.U ovakvom stanju ukupna zapremina gasnih molekula je zanemarljivo mala u odnosu na ukupnu zapreminu suda u kojoj se gas nalazi.Stoga je lako objasniti veliku kompresibilnost gasova s obzirom na to da je zapremina praznog prostora(koji ne zauzimaju molekuli)velika.U idealnom gasnom stanju,gasovi su mešljivi dok je u drugim stanjima mešljivost ograničena ili uopšte ne postoji

---

Odstupanja od idealnog gasa postaju naročito mala kad se radi o gasovima koji na običnoj temperaturi ne prelaze u tečno stanje i kada se nalaze pod malim pritiskom na visokoj temperaturi. U ovakvim okolnostima se pokazuje da se svi gasovi po svom ponašanju približavaju veoma prostim zakonima. Iz toga se može zaključiti da su gasovi po svom sastavu znatno prostiji od čvrstih i tečnih tela. Ovi prosti zakoni, kojima se gasovi približavaju, javili bi se na mehaničkom modelu sastava gasova, po kome bi molekuli gasa bili idealno elastične čestice bez dimenzija. Realni gasovi, naravno, ne mogu da imaju takav sastav, ali mu se umnogome približavaju.

Gasovi koji bi se tačno ponašali po datim jednostavnim zakonima, a koji bi odgovarali pomenutom mehaničkom modelu, nazivaju se idealno gasovi. Tkavih idealnih gasova nemamo u prirodi, ali se ponašanje realnih gasova jako približuje zakonima idealnih gasova. U mnogim slučajevima odstupanje realnih gasova praktično je zanemarljivo, te zakoni idealnih gasova imaju veliki praktični značaj u primeni na realne gasove .

---

Iz Fajnmanove knjige: The Feynman Lectures on Physics

Definicija idealnog gasa preko parametra retkog gasa

Pri određivanju stanja gasova može se definisati parametar retkog gasa ε, koji će nam omogućiti usvajanje pojedinih aproksimacija, korisnih prilikom konkretnih izračunavanja. Pojam retkog gasa podrazumeva mali broj čestica, ali i mali poluprečnik interakcije $r_{0}$. Ako usvojimo da je srednje rastojanje između čestica, odnosno srednje rastojanje do prve susedne čestice $r_{s}$, koncentracija gasa je tada određena sa $n=N/V=1/V_{s}$, gde je $V_{s}\backsim r_{s}^{3}$ srednja zapremina koja pripada toj čestici. Pojam redak gas podrazumeva da je koncentracija čestica mala, ali istovremeno i da je poluprečnik interakcije mali. Ovaj uslov iskazuje se relacijom: $r_{s}\gg r_{0}$, gde $r_{s}$ zavisi od gustine gasa, a $r_{0}$ od potencijala interakcije. Iz prethodnih relacija imamo da je $r_{s}^{3}\backsim V_{s}=1/n$, tako da navedeni uslov sada postaje Рашчлањивање није успело (грешка у синтакси): {\displaystyle 1 \gg, n \cdot, r_0^3 \equiv, ε } . Parametra ε se naziva parametar retkog gasa, a za gas kod koga je navedeni uslov zadovoljen, kažemo da je redak. Poseban slučaj predstavlja uslov kada je ε=0. Kako koncentracija ne može biti nula, to je u ovom slučaju poluprečnik interakcije, odnosno potencijal interakcije jednak nuli. Za takav gas kažemo da je idealan gas.

Jednačina stanja idealnog gasa

Glavni članak: Jednačina stanja idealnog gasa

Idealni gas sačinjavaju molekuli čija se unutrašnja struktura zanemaruje, a koje možemo tretirati kao elastične kuglice. Sile između molekula svode se na uzajamne sudare i sudare između čestica i zidova suda. Idealne gasove opisuje jednačina stanja idealnog gasa. Gornji slojevi atmosfere mogu se tretirati ovim modelom, jer je taj deo amosfere razređen i pod niskim pritiskom.

Slede zakoni koji se odnose na idealan gas:

1. Bojl-Meriotov zakon (izotermski proces) $pV=const$,
2. Šarlov zakon (izohorski proces) $p=constT$,
3. Gej-Lisakov zakon (izobarski proces) $V=constT$,
4. Adijabatski proces.

Idealan gas se opisuje jednačinom stanja u sledećem obliku: $pV=NkT$, gde je N broj molekula idealnog gasa, k Bolcmanova konstanta, V zapremina gasa (suda), Т je temperatura gasa, a P pritisak gasa.

U drugom obliku, jednačina ima oblik (takozvana Klajperonova jednačina): $pV=n_{k}RT$, gde je n_m broj molova idealnog gasa, a R univerzalna gasna konstanta .

Realno gasno stanje

Glavni članak: Realno gasno stanje

Razlika između idealnog i realnog gasnog stanja je u tome što se kod ideanog gasnog stanja, molekuli gasa smatraju bestrukturnim (materijalnim) tačkama, odnosno njihove dimenzije se zanemaruju. Takođe, zanemaruju se i međumolekulske sile koje na njih deluju. Svi molekuli idealnog gasa kreću se jednakom brzinom, pri čemu su svi pravci i smerovi jednako verovatni. Sudari ovih molekula su elastični i tokom njih ne dolazi do gubitka energije. Stanje idealnog gasa opisano je Šarlovim, Bojl-Mariotovim i Gej-Lisakovim zakonom, kao i Klapejronovom jednačinom stanja idealnog gasa. Idealan gas ne postoji u prirodi. Kod realnih gasova (svih gasova koji postoje) stvar je drugačija. Njihovi molekuli imaju određenu zapreminu, koja se ne može zanemariti i na njih deluju mođumolekulske sile koje se, takođe ne mogu zanemariti, prilikom sudara predaju impuls i energiju.

Glavni članak: Jednačina stanja realnog gasa

Stanje realnog gasa se najčešće opisuje Van der Valsovom jednačinom.

Odstupanja realnog gasa od idealnog su najviše izražena pri visokim pritiscima i niskim temperaturama. Sa sniženjem pritiska i povećanjem temperature, realan gas se sve više približava idealnom. Sa smanjenjem pritiska povećava se rastojanje između molekula i njihove dimenzije u odnosu na rastojanje se sve više smanjuju i povećava se mogućnost njihovog zanemarivanja. Sa porastom temperature povećava se toplotna energija molekula i uticaj njihove interakcije se smanjuje. Vodonik i helijum su gasovi koji su najbliži idealnom gasu .