Kas yra idealios dujos?

Idealios dujos yra teorinė materijos būsena, kurią fizikai naudoja tikimybių teorijos analizėje. Idealios dujos yra sudarytos iš molekulių, kurios atsimuša viena nuo kitos visiškai nesąveikdamos kitaip. Tarp molekulių nėra traukos ar atstūmimo jėgų, susidūrimų metu neprarandama energija. Idealios dujos gali būti visiškai apibūdintos pagal jų tūrį, tankį ir temperatūrą.

Idealiųjų dujų būsenos lygtis, paprastai žinoma kaip idealiųjų dujų dėsnis, yra PV = NkT. Lygtyje N yra molekulių skaičius, o k yra Boltzmanno konstanta, kuri yra lygi maždaug 1.4 x 10-23 džaulių vienam kelvinui. Paprastai svarbiau yra tai, kad slėgis ir tūris yra atvirkščiai proporcingi ir kiekvienas yra proporcingas temperatūrai. Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, jei slėgis padvigubinamas, kai temperatūra palaikoma pastovi, dujų tūris turi sumažėti perpus; jei dujų tūris padvigubinamas, kai slėgis yra pastovus, temperatūra taip pat turi padvigubėti. Daugumoje pavyzdžių molekulių skaičius dujose laikomas pastoviu.

Žinoma, tai tik apytikslis rodiklis. Dujų molekulių susidūrimai nėra visiškai elastingi, prarandama dalis energijos, o tarp dujų molekulių egzistuoja elektrostatinės jėgos. Tačiau daugumoje kasdienių situacijų idealių dujų įstatymas labai panašus į tikrąjį dujų elgesį. Net jei jis nenaudojamas atliekant skaičiavimus, slėgio, tūrio ir temperatūros sąsajų turėjimas galvoje gali padėti mokslininkui intuityviai suprasti dujų elgesį.

Idealiųjų dujų įstatymas dažnai yra pirmoji lygtis, kurią žmonės išmoksta studijuodami dujas įvadinėje fizikos ar chemijos pamokoje. Van der Waal lygtis, apimanti keletą nedidelių idealių dujų įstatymo pagrindinių prielaidų pataisymų, taip pat dėstoma daugelyje įvadinių kursų. Tačiau praktikoje korekcija yra tokia maža, kad jei idealių dujų įstatymas nėra pakankamai tikslus tam tikram pritaikymui, Van der Waal lygtis taip pat nebus pakankamai gera.

Kaip ir daugelyje termodinamikos, idealios dujos taip pat yra pusiausvyros būsenoje. Ši prielaida yra aiškiai klaidinga, jei kinta slėgis, tūris arba temperatūra; Tačiau jei šie kintamieji kinta lėtai, tai būsena vadinama kvazistatine pusiausvyra, paklaida gali būti priimtinai maža. Atsisakyti kvazistatinės pusiausvyros prielaidos reiškia termodinamikos palikimą sudėtingesniam statistinės fizikos pasauliui.