Ideaalne gaas

Allikas: Vikipeedia

Ideaalseks gaasiks nimetatakse füüsikas ja füüsikalises keemias gaasi idealiseeritud matemaatilist mudelit, milles eeldatakse, et masspunktidena käsitatavad osakesed liiguvad korrapäratult, olles mõjutatud ainult omavahelistest põrgetest ja põrgetest seinaga.

Kuigi see mudel on suur lihtsustus ka võrreldes reaalseks gaasiks nimetatava mudeliga, on selle abil võimalik mõista ja kirjeldada paljusid termodünaamilisi protsesse.

Ideaalset gaasi võib vaadelda reaalse gaasi idealisatsioonina, mille puhul postuleeritakse, et:

See mudel on reaalse gaasi kohta rakendatav, kui:

  • molekulide mõõtmed on tühised võrreldes molekulidevahelise kaugusega (molekule saab vaadelda punktmassidena);
  • molekulid ei interakteeru üksteisega (molekulide vastasmõju seisneb ainult nende omavahelistes elastsetes põrgetes);

Ideaalne gaas on lõpmatult kokkusurutav ja teda ei ole võimalik veeldada.

Kvantmehhaanikas eristatakse ideaalset Bose gaasi ja ideaalset Fermi gaasi.

Ideaalse gaasi mudel[muuda | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Gaaside kineetiline teooria

Klassikalise füüsika ideaalse gaasi mudelis eeldatakse, et kõik gaasi osakesed on mõõtmeteta masspunktid, mis liiguvad nende käsutuses olevas ruumis vabalt ringi: nendele ei mõju mingid jõud peale selle, et nad põrkuvad elastsete põrgetega omavahel ja vastu seina. Osake liigub sirgjooneliselt konstantse kiirusega, kuni põrge muudab liikumise suunda ja võib-olla ka kiirust.

Põrgete eeldus on mudelis vajalik, sest muidu ei püsiks osakesed ühes ruumis koos ja nende kiirus ei muutuks. Kui kiirused ei muutuks, siis ei saaks gaasi energia jaotuda ühtlaselt kõigi vabadusastmete vahel, mistõttu süsteem ei saaks olla ternodünaamilises tasakaalus, nii et termodünaamika printsiibid ei oleks rakendatavad. Osakestevaheliste põrgete tõttu on osakeste vaba tee pikkus ehk vaba lennu tee lühike. Keskmine põrkeristlõige sõltub temperatuurist (Sutherlandi konstant); põrkeprotsess oleneb kummagi osakese energiast.

Termodünaamika[muuda | muuda lähteteksti]

Tähis Tähendus
Olekusuurused
Rõhk
Ruumala
Osakeste arv
Absoluutne temperatuur
Ainehulk
Mass
Siseenergia
Vaba energia
Konstandid
Boltzmanni konstant
Universaalne gaasikonstant
Erigaasikonstant
Plancki konstant

Olekuvõrrandid[muuda | muuda lähteteksti]

Termilist olekuvõrrandit ideaalse gaasi kirjeldamiseks nimetatakse ideaalse gaasi olekuvõrrandiks. See tuletati algselt empiirilistest gaasiseadustest. Hiljem võimaldas Boltzmanni statistika otsest põhjendust lähtuvalt gaasiosakeste süsteemi mikroskoopilisest kirjeldusest.

Ideaalse gaasi olekuvõrrand kirjeldab ideaalse gaasi olekusuuruste vahelist sõltuvust. Kirjanduses esitatakse see tavaliselt järgmistel kujudel:

kus [1] tähistab universaalset gaasikonstanti ja die erigaasikonstanti. Selle võrrandi ja Termodünaamika printsiipide abil saab ideaalsete gaaside termodünaamilisi protsesse matemaatiliselt kirjeldada.

Ideaalse gaasi olekuvõrrand (Clapeyroni-Mendelejevi võrrand) on võrrand kujul:

kus p on rõhk, V on ruumala, on gaasi hulk (moolides), T on absoluutne temperatuur ja R on universaalne gaasikonstant (8,3145 J/(mol·K)).

Ideaalse gaasi olekuvõrrandit võib vaadelda ka teatava absoluutse temperatuuriskaala definitsioonina (nn gaasitemperatuur). See temperatuur ühtib termodünaamilise temperatuuriskaalaga.

Ideaalse gaasi siseenergia[muuda | muuda lähteteksti]

Ideaalse gaasi siseenergia mõõt

kus T on absoluutne temperatuur ja k on Boltzmanni konstant (1,38×10–23)

Gaasi siseenergia muut on seotud gaasile antud soojushulga ja gaasi tehtud tööga järgmiselt:

kus ΔU on siseenergia muut, Q gaasile antud soojushulk ja A gaasi poolt tehtud töö.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. CODATA Recommended Values: molar gas constant, CODATA väärtused, National Institute of Standards and Technology. Universaalse gaasikonstandi väärtus. Numbrid sulgudes näitavad mõõtemääramatust väärtuse viimastel kohtadel. See on antud arvväärtuse standardmääramatus (hinnanguline standardhälve tegelikust väärtusest).

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]