Az ideális gáz a fizikában használt absztrakció, a gázok olyan egyszerűsített modelljét írja le, amelynek termodinamikai viselkedése egyszerű kinematikai eszközökkel írható le. A reális gázok többé vagy kevésbé közelítik meg az ideális állapotot (legideálisabb gáz jelenlegi tudásunk szerint a hélium).
Az ideális gázok részecskéi folytonos, zegzugos mozgást végeznek, közben ütköznek egymással, és az edény falával is (ezek tökéletesen rugalmas ütközések, tehát nem vész el energia az ütközéseknél), innen származik az "ideális" gázok nyomása.
A kinetikus gázmodell szerint
- a gáz olyan részecskékből áll, amelyek össztérfogata elhanyagolható a gázt tartalmazó edény térfogatához képest;
- a részecskék egymással és az edény falával energiaveszteség nélkül ütköznek;
- a részecskék közötti erőhatások elhanyagolhatóak, ezért két ütközés között egyenes vonalú egyenletes mozgást végeznek.
E modell segítségével értelmezhető több mérhető, makroszkopikus mennyiség is. Levezethető hogy a gáz nyomása:
p=2/3 N/V∙1/2 mv^2
ahol m egy részecske tömege, v2 a gázrészecskék sebességnégyzeteinek átlaga, V az edény térfogata, N a gázrészecskék száma. A gázrészecskék sebességét az edényhez viszonyítva mérjük.
A kinetikus gázmodell állapotegyenletét és a modellből származó nyomást összevetve kapjuk, hogy a gáz hőmérséklete:
T=2/3 1/k*ε
ε=1/2 mv^2=3/2 k∙T
azaz a gázrészecskék átlagos mozgási energiája és a gáz hőmérséklete egyenesen arányos egymással. Ezzel is alátámasztható, hogy az abszolút hőmérsékleti skálán nincs negatív érték. (A termodinamika III. főtétele szerint már az abszolút nulla fok sem érhető el.)
A szabadsági fok (f) a részecske energiáját meghatározó kifejezésében négyzetesen szereplő tagok száma;
- nemesgázok esetén f=3;
- molekuláris gázok estén f=5;
- három vagy többatomos gázok esetén f=6.
Az energia egyenletes eloszlásának elve (ekvipartíció) szerint a szabadsági fokok között egyenletesen oszlik el a belső energia.
Egy szabadsági fokra átlagosan ε0=3/2 k∙T energia jut.
Belső energia: a gáz belső állapotától függő munkavégző képesség; amely a gázrészecskék edényhez viszonyított energiájának összege:
U=N∙ε0=f/2N∙k∙T= f/2 n∙R∙T
A belső energiának nincs viszonyítási szintje (ahol U=0), hiszen az abszolút nulla fok nem létezik. Emiatt csak megváltozása mérhető:
∆U=N∙∆ε0=f/2 N∙k∙∆T
Robert Brown (Skócia, 1773. – London, 1858.) skót botanikus, aki leginkább arról ismert, hogy ő fedezte fel az oldatban lévő részecskék természetes, folytonos mozgását vízben elkevert virágporszemcsék vizsgálata során. Ezt a mozgást Brown-mozgásnak nevezték el.
Albert Einstein (Németország, 1879.–USA, 1955.) elméleti fizikus magyarázata szerint a jelenség azért következik be, mert az oldószer molekulái megfigyelhetetlen, de állandó hőmozgásuk következtében a szuszpendált (az oldatban nem feloldódó) részecskéket véletlenszerűen ide-oda lökdösik. A Brown-mozgás az anyag atomos szerkezetének bizonyítékául szolgált.
Felhasználva az akkor vitatott kinetikus folyadékelméletet megállapította, hogy ez a jelenség kísérleti bizonyítékot szolgáltat az atomok létezésére. Ez hitelt adott a statisztikus mechanikának is, melynek jogossága akkoriban vitatott volt.
Ludwig Eduard Boltzmann (Bécs, 1844. – OMM, 1906.) osztrák fizikus és filozófus, a 19. század elméleti fizikájának egyik legnagyobb alakja. Eredményei közül a legjelentősebbek a statisztikus mechanika megalapozása, a termodinamika második főtételének mikroszkopikus értelmezése, és a feketetest-sugárzásra vonatkozó Stefan-féle T4-es empirikus törvény mikroszkopikus levezetése.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése