גז אידיאלי
ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
גז אידיאלי הוא גז היפותטי, המבוסס על מודל פיזיקלי לפיו גז מורכב מהרבה גופים נקודתיים, הנעים באופן אקראי במרחב. מודל זה נמצא בשימוש נרחב בתרמודינמיקה ובאווירודינמיקה, ומצליח לתאר היטב גזים בתנאי לחץ וטמפרטורה מתונים, כגון אוויר בלחץ אטמוספירי ובטמפרטורת החדר. ההנחה הראשונה של מודל זה היא שלא קיימת אינטראקציה בין הגופים המרכיבים את הגז. תאוריית הגז האידיאלי מניחה שגודל החלקיקים המרכיבים את הגז זניח, ואין התנגשויות בין החלקיקים בתוך נפח הגז. בנוסף, מניחים שגם לא קיימת אינטראקציית ארוכת טווח בין החלקיקים – כגון כוחות כבידה או כוחות אלקטרומגנטיים. בתאוריית הגז האידיאלי, הגוף היחיד שאיתו החלקיקים מבצעים אינטראקציה הוא דפנות הכלי אשר בתוכו הגז נמצא.
יש להשלים ערך זה: בערך זה חסר תוכן מהותי. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה. | |
במודלים שונים של הגז האידיאלי, ניתן לתאר גזים אשר לא בהכרח מורכבים מגופים נקודתיים, אלא מצבר של חלקיקים נקודתיים, הניתן להסתכל עליהם כמו על כדורים קטנים הקשורים ביניהם בקשרים אלסטיים (כגון מולקולה דו אטומית). ייצוג חלקיקי הגז על ידי מולקולות פוליאטומיות גורם להוספה של דרגות חופש נוספות במערכת. הוספת דרגות החופש מצריכה לקחת בחשבון בחישובים אנרגטיים את התנועות האפשריות של המולקולה ביחס לעצמה – כגון סיבוב או רטט סביב נקודת שיווי משקל.
במקרה של לחצים גבוהים מאוד, מודל הגז האידיאלי לא מתאר מספיק טוב את המערכת, ועל מנת לתאר מערכות אלו יש להשתמש במשוואות מצב מדויקות יותר, כגון משוואת ואן דר ואלס, הלוקחת בחשבון את הכוחות הפועלים בין החלקיקים ואת הגודל הסופי שלהם. גם בטמפרטורות גבוהות מאוד מודל הגז האידיאלי לא מספק, בין היתר בגלל שהמולקולות המרכיבות את הגז יכולות להתנתק לאטומים המרכיבים אותם, או שיכול להיווצר מצב של יינון.
את הפתרון המלא של גז אידיאלי והגדלים המאפיינים אותו אי אפשר היה לחשב עד הופעת מכניקת הקוונטים.
המאפיינים של גז אידיאלי נקבעים מתוך המודל של הגז האידיאלי בו מתקיימות ההנחות הבאות:
- גודלי המולקולות זניחים בהשוואה למרחק הממוצע ביניהן, כך שהנפח הכולל שתופסות המולקולות קטן משמעותית מנפח הכלי.
- כוחות המשיכה בין מולקולות זניחים, וכוחות דוחים פועלים רק במהלך התנגשויות.
- התנגשויות החלקיקים זה בזה ועם דפנות הכלי אלסטיות לחלוטין.
- המערכת ארגודית, כך שממוצע על פני אנסמבל בדגימה שווה לממוצע לאורך זמן.
- הגז נמצא בשיווי משקל עם דפנות הכלי.