Ιδανικό αέριο

Το ιδανικό αέριο αποτελεί ένα μοντέλο, χρήσιμο για να μελετηθούν κατά προσέγγιση οι ιδιότητες και η συμπεριφορά των αερίων. Σε ένα πρώτο επίπεδο, ιδανικό αέριο ονομάζεται εκείνο που επαληθεύει τους νόμους των Boyle-Mariotte και Gay-Lussac που συντίθενται σε ενιαίο νόμο υπό την μορφή της γενικής εξίσωσης γινομένων:

${\displaystyle {\begin{aligned}PV=Nk_{\textrm {B}}T=nRT\end{aligned}}\ \ \ }$

όπου

• V ο όγκος
• Τ η απόλυτη θερμοκρασία
• n ο αριθμός των γραμμομορίων
• R η παγκόσμια σταθερά των αερίων
• k_B η σταθερά του Μπόλτζμαν

Οι δύο μορφές της παραπάνω σχέσης είναι ισοδύναμες. Η εξίσωση αυτή ονομάζεται επίσης εξίσωση ελαστικότητας ή γενική εξίσωση της κατάστασης του αερίου και παρέχει την σχέση που συνδέει τα τρία χαρακτηριστικά στοιχεία του δηλαδή πίεση, ειδικό όγκο και θερμοκρασία του και ισχύει για οποιαδήποτε κατάσταση του αερίου εφόσον εκείνο βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία.

Πιο συγκεκριμένα, οι παραδοχές που γίνονται για το ιδανικό αέριο είναι οι εξής:

• Τα μόρια που το αποτελούν είναι σημειακά και πεπερασμένης μάζας.
• Τα μόρια συγκρούονται μεταξύ τους σύμφωνα με τους νόμους κρούσης των σφαιρών. Σε συνδυασμό με το σημειακό χαρακτήρα των σωματιδίων, αυτό σημαίνει ότι θεωρούμε τις κρούσεις πάντα μετωπικές, όπου το μόνο που μεταβάλλεται είναι το μέτρο και η φορά (όχι όμως η διεύθυνση) της ταχύτητας των σωματιδίων. Οι κρούσεις είναι ελαστικές οπότε το σύνολο της κινητικής ενέργειας των μορίων διατηρείται.
• Τα μόρια δεν αλληλεπιδρούν με κανέναν άλλο τρόπο μεταξύ τους. Δεν υπάρχουν δηλαδή, για παράδειγμα, ηλεκτρικές δυνάμεις έλξης ή άπωσης.

Τα πραγματικά αέρια αποκλίνουν από αυτό το μοντέλο, καθώς δεν είναι σημειακά, και οι κρούσεις και αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους είναι πιο περίπλοκες. Ρεαλιστικότερα μοντέλα που περιγράφουν πραγματικά (αλληλεπιδρώντα) αέρια χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Φαινομενολογικά και θεωρητικά. Παράδειγμα φαινομενολογικού μοντέλου αποτελεί η εξίσωση φαν Ντερ Βάαλς, ενώ παράδειγμα θεωρητικού μοντέλου αποτελεί καταστατική εξίσωση Βίριαλ.

Δείτε επίσης

• Νόμος του Μπόιλ
• Νόμος Γκαι-Λυσάκ
• Νόμος του Σαρλ