גז אידיאלי

גז אידיאלי הוא מודל פיזיקלי עבור התנהגות חומר במצב צבירה של גז המניח שאין שום אינטראקציה בין מולקולות הגז ושהמולקולות הן נקודתיות (חסרות נפח). מודל זה מתאר היטב גז בצפיפות נמוכה. חשיבותו נובעת מכך שהוא מתאר בקירוב טוב מערכות רבות מחיי היום יום, דבר המאפשר ניתוח טוב שלהן. את הפתרון המלא של גז אידיאלי והגדלים המאפיינים אותו אי אפשר היה לחשב עד הופעת מכניקת הקוונטים.

משוואת המצבעריכה

משוואת המצב עבור גז אידיאלי היא:

 

או

 

כאשר:

מקרים פרטיים של משוואה זו הם חוקי הגז הפרטיים: חוק בויל-מריוט, חוק גיי-לוסאק וחוק שארל.

עבור התיקונים המוכנסים במשוואה על מנת לתאר גז דחוס, ראה גז ואן דר ואלס.

תנאים לקיום גז אידיאליעריכה

[דרוש מקור][מפני ש...]

ריכוז מוגדר:

 

כאמור גז אידיאלי מתקיים כאשר צפיפות הגז נמוכה, כלומר כאשר ריכוזו נמוך.

אם נבודד את ריכוז הגז מתוך משוואת המצב נקבל:

 

מתוך הצגה זו ניתן להסיק כי תנאים לגז אידיאלי מתקיימים כאשר הלחץ נמוך או כאשר הטמפרטורה גבוהה.

גדלים תרמודינמיים של גז אידיאלי חד-אטומי תלת ממדיעריכה

כאשר  
(החזקה 3/2 נובעת ממספר הממדים - עבור גז דו ממדי למשל החזקה תהיה 1, וזה ישפיע על שאר הגדלים)
גודל זה אפשר לקבל מפונקציית החלוקה, וממנו ניתן לגזור את שאר הגדלים, כולל את משוואת המצב, אליה ניתן להגיע על פי

 
  • אנטרופיה:  
  • אנרגיה:  
  • קיבול חום: בנפח קבוע   ובלחץ קבוע  
  • קומפרסיביליות איזותרמית:  
  • מקדם התפשטות תרמית:  

גז אידיאלי עם דרגות חופש פנימיותעריכה

כאשר לכל מולקולה של גז אידיאלי יש דרגות חופש ורמות אנרגיה פנימיות, אזי האנרגיה הממוצעת שלו היא

 

כלומר, זהו סכום של האנרגיה התרמית וכל רמת אנרגיה פנימית כפול האכלוס שלה. בדרך כלל נהוג לרשום את האנרגיה של גז אידיאלי בצורה מוכללת:

 

כאשר n הוא מספר המולים של הגז, R הוא קבוע הגזים ו   הוא קבוע מספרי המבטא את מספר דרגות החופש:   כאשר   הוא מספר דרגות החופש. מספר דרגות החופש הוא לדוגמה 3 עבור גז חד אטומי, 5 עבור גז דו-אטומי ו-6 עבור מוצק.

ניתן להראות שעבור גז אידיאלי בעל דרגות חופש פנימיות עם אנרגיה

 

מתקיים:

 

כמו כן, בתהליך אדיאבטי מתקיים ש

  •  .
  •  .
  •  .

ראו גםעריכה

קישורים חיצונייםעריכה