Корисник:SmirnofLeary/Идеално гасно стање

Идеални гас је теоријски модел гаса, који се састоји од скупа беструктурних честица код којих је кретање у свим правцима и смеровима једнако вероватно. Између честица идеалног гаса нема интеракције. Концепт идеалног гаса је користан јер поштује једначину стања идеалног гаса, поједностављену једначину стања, и као такав је применљив у анализи у статистичкој механици. У нормалним условима околине, као што су собна температура и притисак једнак атмосферском притиску на нивоу мора, већина реалних гасова се понаша попут идеалног гаса. Одступања реалног гаса од идеалног су највише изражена при високим притисцима и ниским температурама, када постају важне међумолекуларне силе и димензије молекула. У одређеном тренутку на ниској температури и високом притиску, реални гасови мењају агрегатно стање, као што је прелаз из течног у чврсто агрегатно стање. Модел идеалног гаса, међутим, не описује и не дозвољава промену агрегатног стања, што мора да се моделује сложениим једначинама стања.

Модел идеалног гаса је истражен у обе механике, Њутновој механици („кинетичка теорија“), и у квантној механици. Модел идеалног гаса је такође коришћен за моделовање понашања електрона у металима (и као модел кулоновог гаса), и то је један од најважнијих модела у статистичкој механици.


Из књиге Општи курс физичке хемије

Гас који се налази у идеалном гасном стању може се замислити као скуп материјалних тачака које међусобно не интерагују и које се непрекидно хаотично крећу у свим правцима.Молекули у оваквом стању поседују само енергију транслаторног кретања а судари између њих су еластични.Треба нагласити да не постоје идеални гасови већ само идеално гасно стање као одређено физичко стање које теоријски може постићи,или му се знатно приближити,свака врста материје при одређеним условима.Ако су гасови довољно разређени,због великог растојања између молекула,међумолекулске силе постају занемарљиво мале у односу на просечну термалну енергију по честици.Тада се велики број реалних гасова,при атмосферском притиску и собној температури, приближава идеалном гасном стању.У оваквом стању укупна запремина гасних молекула је занемарљиво мала у односу на укупну запремину суда у којој се гас налази.Стога је лако објаснити велику компресибилност гасова с обзиром на то да је запремина празног простора(који не заузимају молекули)велика.У идеалном гасном стању,гасови су мешљиви док је у другим стањима мешљивост ограничена или уопште не постоји [1]


Одступања од идеалног гаса постају нарочито мала кад се ради о гасовима који на обичној температури не прелазе у течно стање и када се налазе под малим притиском на високој температури. У оваквим околностима се показује да се сви гасови по свом понашању приближавају веома простим законима. Из тога се може закључити да су гасови по свом саставу знатно простији од чврстих и течних тела. Ови прости закони, којима се гасови приближавају, јавили би се на механичком моделу састава гасова, по коме би молекули гаса били идеално еластичне честице без димензија. Реални гасови, наравно, не могу да имају такав састав, али му се умногоме приближавају. [2]

Гасови који би се тачно понашали по датим једноставним законима, а који би одговарали поменутом механичком моделу, називају се идеално гасови. Ткавих идеалних гасова немамо у природи, али се понашање реалних гасова јако приближује законима идеалних гасова. У многим случајевима одступање реалних гасова практично је занемарљиво, те закони идеалних гасова имају велики практични значај у примени на реалне гасове [2].


Из Фајнманове књиге: The Feynman Lectures on Physics

[3]

Дефиниција идеалног гаса преко параметра ретког гасаУреди

При одређивању стања гасова може се дефинисати параметар ретког гаса ε, који ће нам омогућити усвајање појединих апроксимација, корисних приликом конкретних израчунавања. Појам ретког гаса подразумева мали број честица, али и мали полупречник интеракције . Ако усвојимо да је средње растојање између честица, односно средње растојање до прве суседне честице , концентрација гаса је тада одређена са , где је средња запремина која припада тој честици. Појам редак гас подразумева да је концентрација честица мала, али истовремено и да је полупречник интеракције мали. Овај услов исказује се релацијом: , где зависи од густине гаса, а од потенцијала интеракције. Из претходних релација имамо да је , тако да наведени услов сада постаје Рашчлањивање није успело (грешка у синтакси): {\displaystyle 1 \gg, n \cdot, r_0^3 \equiv, ε } . Параметра ε се назива параметар ретког гаса, а за гас код кога је наведени услов задовољен, кажемо да је редак. Посебан случај представља услов када је ε=0. Како концентрација не може бити нула, то је у овом случају полупречник интеракције, односно потенцијал интеракције једнак нули. За такав гас кажемо да је идеалан гас. [4]

Једначина стања идеалног гасаУреди

Идеални гас сачињавају молекули чија се унутрашња структура занемарује, а које можемо третирати као еластичне куглице. Силе између молекула своде се на узајамне сударе и сударе између честица и зидова суда. Идеалне гасове описује једначина стања идеалног гаса. Горњи слојеви атмосфере могу се третирати овим моделом, јер је тај део амосфере разређен и под ниским притиском.

Следе закони који се односе на идеалан гас:

  1. Бојл-Мериотов закон (изотермски процес)  ,
  2. Шарлов закон (изохорски процес)  ,
  3. Геј-Лисаков закон (изобарски процес)  ,
  4. Адијабатски процес.

Идеалан гас се описује једначином стања у следећем облику:  , где је N број молекула идеалног гаса, k Болцманова константа, V запремина гаса (суда), Т је температура гаса, а P притисак гаса.

У другом облику, једначина има облик (такозвана Клајперонова једначина):  , где је nm број молова идеалног гаса, а R универзална гасна константа [5].

Извођење једначине стања идеалног гасаУреди

Реално гасно стањеУреди

Разлика између идеалног и реалног гасног стања је у томе што се код идеаног гасног стања, молекули гаса сматрају беструктурним (материјалним) тачкама, односно њихове димензије се занемарују. Такође, занемарују се и међумолекулске силе које на њих делују. Сви молекули идеалног гаса крећу се једнаком брзином, при чему су сви правци и смерови једнако вероватни. Судари ових молекула су еластични и током њих не долази до губитка енергије. Стање идеалног гаса описано је Шарловим, Бојл-Мариотовим и Геј-Лисаковим законом, као и Клапејроновом једначином стања идеалног гаса. Идеалан гас не постоји у природи. Код реалних гасова (свих гасова који постоје) ствар је другачија. Њихови молекули имају одређену запремину, која се не може занемарити и на њих делују мођумолекулске силе које се, такође не могу занемарити, приликом судара предају импулс и енергију.

Стање реалног гаса се најчешће описује Ван дер Валсовом једначином.

Одступања реалног гаса од идеалног су највише изражена при високим притисцима и ниским температурама. Са снижењем притиска и повећањем температуре, реалан гас се све више приближава идеалном. Са смањењем притиска повећава се растојање између молекула и њихове димензије у односу на растојање се све више смањују и повећава се могућност њиховог занемаривања. Са порастом температуре повећава се топлотна енергија молекула и утицај њихове интеракције се смањује. Водоник и хелијум су гасови који су најближи идеалном гасу [6].

Процеси у идеалном гасуУреди

РеференцеУреди

  1. ^ Холцлајтнер-Антуновић, Иванка Д. (2000). Општи курс физичке хемије (на језику: (језик: српски)). Београд: Завод за уџбенике и наставна средства. COBISS.SR 167910151. 
  2. ^ а б Вучић, Властимир (1973). „Топлота”. Физика I (на језику: (језик: српски)) (12. издање изд.). Београд: Научна књига. стр. стр. 329. ISBN 86-23-21074-3.  Непознати параметар |coauthors= игнорисан [|author= се препоручује] (помоћ)
  3. ^ Richard Phillips Feynman. „Chapter 39”. The Feynman Lectures on Physics (на језику: (језик: енглески)). Addison Wesley Longman. ISBN 978-0201021158. 
  4. ^ Радуновић, Јован Б. (2000). „Примена статистичке физике у одређивању стања гасова”. Статистичка физика (на језику: (језик: српски)) (скрипта изд.). Београд: Електротехнички факултет. стр. стр. 40—50. 
  5. ^ „Једнацина стања идеалног гаса”. Речник физике за гимназијалце (www.fizika.info). Приступљено 14. август 2010. 
  6. ^ „Реалан и идеалан гас”. Свијет физике (blogger.ba). Приступљено 14. август 2010.