GAS IDEAL

Gas Ideal

Sebuah gas ideal adalah teori gas yang terdiri dari satu set bergerak-acak, non-berinteraksi titik partikel . Konsep gas ideal berguna karena mematuhi hukum gas ideal, yang disederhanakan, dan setuju untuk analisis dalam.

Pada kondisi normal seperti suhu dan tekanan standar, paling nyata gas berperilaku kualitatif seperti gas ideal. Banyak gas seperti udara, nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia, dan beberapa gas yang lebih berat seperti karbon dioksida dapat diperlakukan seperti gas ideal dalam toleransi yang wajar. Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal pada tinggi suhu dan rendah density (yaitu lebih rendah tekanan), sebagai pekerjaan yang dilakukan oleh gaya antarmolekul menjadi kurang signifikan dibandingkan dengan partikel ' energi kinetik, dan ukuran molekul menjadi kurang signifikan dibandingkan dengan ruang kosong di antara mereka.

Model gas ideal cenderung gagal pada suhu rendah atau tekanan yang lebih tinggi, ketika pasukan antarmolekul dan ukuran molekul menjadi penting. Hal ini juga gagal untuk gas berat kebanyakan, seperti banyak refrigeran , dan untuk gas dengan pasukan antarmolekul yang kuat, terutama uap air. Pada beberapa titik suhu rendah dan tekanan tinggi, gas nyata menjalani fase transisi, seperti ke sebuah cairan atau padat. Model gas ideal, bagaimanapun, tidak menggambarkan atau mengizinkan transisi fase. Ini harus dimodelkan dengan lebih kompleks persamaan umum.

Model gas ideal telah dieksplorasi di kedua dinamika newton (seperti dalam " teori kinetik") dan dalam mekanika kuantum (sebagai " gas dalam kotak"). Model gas ideal juga telah digunakan untuk model perilaku elektron dalam logam (dalam model yang drude dan model elektron bebas), dan itu adalah salah satu model yang paling penting dalam mekanika statik.

A.   Jenis-jenis gas ideal

Ada tiga kelas dasar gas ideal:

• klasik atau Maxwell-Boltzmann gas ideal,
• kuantum yang ideal  , terdiri dari  dan
• kuantum yang ideal  , terdiri dari

The gas ideal klasik dapat dipisahkan menjadi dua jenis: The gas ideal klasik termodinamika dan gas kuantum yang ideal Boltzmann. Keduanya pada dasarnya sama, kecuali bahwa gas termodinamika klasik yang ideal didasarkan pada klasik  dan parameter termodinamika tertentu seperti  hanya ditentukan ke dalam aditif belum ditentukan konstan. Kuantum yang ideal Boltzmann gas mengatasi keterbatasan ini dengan mengambil limit dari kuantum Bose gas dan kuantum gas Fermi dalam batas suhu tinggi untuk menentukan konstanta ini aditif. Perilaku gas Boltzmann kuantum adalah sama seperti yang dilakukan oleh gas ideal klasik kecuali untuk spesifikasi konstanta ini. Hasil dari gas Boltzmann kuantum digunakan dalam sejumlah kasus termasuk untuk entropi gas ideal dan  untuk lemah terionisasi  .

B.   Gas ideal klasik termodinamika

Sifat termodinamika The gas ideal dapat dijelaskan oleh dua persamaan: dari gas ideal klasik adalah

PV = n R T

Persamaan ini berasal dari Hukum Boyle: V = K/P (Pada T konstan dan n); Hukum Charles: V = bT(Pada P konstan dan n), dan Hukum Avogadro: V=an(Pada T konstan dan P). Dengan menggabungkan tiga hukum, itu akan menunjukkan bahwa

V = ( kba / 3 ) ( T_n / P )

yang berarti bahwa . Dalam kondisi ideal, atau lebih tepatnya  V = R (Tn / P )

3V = kba ( Tn / P )

PV = n RT

The  gas ideal diberikan oleh:

U = C_V n RT

dimana

·         P adalah

·         V adalah

·         n adalah  gas (dalam mol)

·         R adalah  (8,314  ·  ^{-1  -1)}

·         T adalah

·         k adalah konstanta yang digunakan dalam Hukum Boyle

·         b adalah proporsionalitas konstan; sama dengan V / T

·         Cv adalah proporsionalitas konstan; sama dengan V / n

·         U adalah berdimensi spesifik  pada volume konstan, ≈ 3/2 untuk  , 5/2 untuk  gas dan 3 untuk molekul yang lebih kompleks.

Jumlah gas di  ·  ^-1 adalah

n R = N k_B

dimana

·         N adalah jumlah partikel gas

·         K_B adalah  (1.381 × 10 ^-23 J · K ^-1).

Hukum gas ideal merupakan perpanjangan dari eksperimen menemukan  . Nyata cairan di low  dan tinggi  mendekati perilaku gas ideal klasik. Namun, di bawah  tinggi atau  , cairan nyata menyimpang kuat dari perilaku gas ideal, terutama karena mengembun dari gas menjadi cair atau padat. Penyimpangan ini dinyatakan sebagai  .

Model gas ideal tergantung pada asumsi sebagai berikut:

·         Molekul-molekul gas yang bisa dibedakan, kecil, bola keras

·         Semua tumbukan elastis dan gerak semua gesekan (tanpa kehilangan energi dalam gerakan atau tabrakan)

·         Hukum Newton berlaku

·         Jarak rata-rata antara molekul jauh lebih besar dari ukuran molekul

·         Molekul-molekul selalu bergerak dalam arah acak dengan distribusi kecepatan

·         Tidak ada kekuatan menarik atau tolak antara molekul atau lingkungan

Asumsi partikel berbentuk bola sangat diperlukan agar tidak ada mode rotasi diperbolehkan, tidak seperti dalam gas diatomik. Berikut tiga asumsi yang sangat terkait: molekul sulit, tabrakan yang elastis, dan tidak ada antar-molekul pasukan. Asumsi bahwa ruang antara partikel jauh lebih besar daripada partikel itu sendiri adalah sangat penting, dan menjelaskan mengapa pendekatan gas ideal gagal pada tekanan tinggi.