Kas ir ideāla gāze?

Ideālas gāzes stāvokļa vienādojums, ko parasti sauc par ideālās gāzes likumu, ir PV = NkT. Vienādojumā N ir molekulu skaits un k ir Bolcmaņa konstante, kas ir vienāda ar aptuveni 1.4 x 10-23 džouliem uz kelvinu. Parasti svarīgāk ir tas, ka spiediens un tilpums ir apgriezti proporcionāli, un katrs ir proporcionāls temperatūrai. Tas nozīmē, piemēram, ja spiediens tiek dubultots, kamēr temperatūra tiek uzturēta nemainīga, tad gāzes tilpumam jāsamazinās uz pusi; ja gāzes tilpums tiek dubultots, kamēr spiediens tiek uzturēts nemainīgs, arī temperatūrai ir jādubulto. Lielākajā daļā piemēru molekulu skaits gāzē tiek uzskatīts par nemainīgu.

Protams, tas ir tikai aptuvens rādītājs. Gāzes molekulu sadursmes nav ideāli elastīgas, tiek zaudēta daļa enerģijas, un starp gāzes molekulām pastāv elektrostatiskie spēki. Bet vairumā ikdienas situāciju ideālās gāzes likums ir ļoti tuvu gāzu faktiskajai uzvedībai. Pat ja to neizmanto aprēķinu veikšanai, spiediena, tilpuma un temperatūras attiecību paturēšana prātā var palīdzēt zinātniekam intuitīvi izprast gāzes uzvedību.

Ideālās gāzes likums bieži ir pirmais vienādojums, ko cilvēki apgūst, pētot gāzes ievada fizikas vai ķīmijas klasē. Van der Vāla vienādojums, kas ietver dažus nelielus labojumus ideālās gāzes likuma pamatpieņēmumos, tiek mācīts arī daudzos ievadkursos. Tomēr praksē korekcija ir tik maza, ka, ja ideālās gāzes likums konkrētam lietojumam nav pietiekami precīzs, arī Van der Vāla vienādojums nebūs pietiekami labs.

Tāpat kā lielākajā daļā termodinamikas, tiek pieņemts, ka ideālā gāze atrodas līdzsvara stāvoklī. Šis pieņēmums ir acīmredzami nepareizs, ja mainās spiediens, tilpums vai temperatūra; ja šie mainīgie mainās lēni, stāvoklis, ko sauc par kvazistatisko līdzsvaru, kļūda var būt pieņemami maza. Atteikšanās no pieņēmuma par kvazistatisko līdzsvaru nozīmē termodinamikas atstāšanu aiz muguras sarežģītākai statistiskās fizikas pasaulei.