Ideálny plyn

Ideálny plyn alebo dokonalý plyn je (hypotetický) plyn, pri ktorom sa ignoruje vzájomné pôsobenie jednotlivých častíc plynu. Rozlišuje sa ideálny plyn v klasickej fyzike (pozri nižšie) a ideálny plyn v kvantovej mechanike. ^[1]

Ideálny plyn v klasickej fyzike

Ideálny plyn alebo dokonalý plyn je (hypotetický) plyn, pre ktorý platí stavová rovnica ideálneho plynu (opisnú, t.j. slovnú verziu tejto definície pozri nižšie). V užšom zmysle (potom najmä - ale nie výlučne - pod označením dokonalý plyn) ide o (hypotetický) plyn, pre ktorý platí stavová rovnica ideálneho plynu a zároveň je (merná) tepelná kapacita pri stálom objeme aj (merná) tepelná kapacita pri stálom tlaku konštantná (čiže je nezávislá od teploty). ^{[2][3][4][5][6][1][7][8]}

Charakteristika

Ideálny plyn je teoretický matematický model, ktorý opisuje hypotetickú hmotu v plynnom skupenstve. Je zjednodušením, ktoré sa používa vo fyzike pri štúdiu reálnych plynov.

Zjednodušenie spočíva v tom, že zatiaľ čo molekuly reálneho plynu na seba navzájom pôsobia silami, pri ideálnom plyne toto silové pôsobenie zanedbávame. Molekuly ideálneho plynu sa preto medzi jednotlivými zrážkami pohybujú priamočiaro. Pri ideálnom plyne zanedbávame aj objem jeho molekúl.

Teoretické vlastnosti ideálneho plynu dostatočne presne vystihujú vlastnosti reálneho plynu pri nižších hustotách a vyšších teplotách. Priblíženie ideálneho plynu prestáva byť presné pri vysokých hustotách plynu a tiež vtedy, keď môže plyn meniť skupenstvo (tu môžu byť príkladom nasýtené vodné pary).

Stavová rovnica

Bližšie informácie v hlavnom článku: Stavová rovnica ideálneho plynu

Pre ideálny plyn sa dá odvodiť stavová rovnica, ktorá dáva do súvisu tlak plynu p, objem V a teplotu T:

${\displaystyle pV=nRT\;}$

${\displaystyle R}$ – univerzálna plynová konštanta

${\displaystyle R\approx 8,314\,\mathrm {J\,K^{-1}\,mol^{-1}} }$

Vnútorná energia

Vnútorná energia ideálneho plynu sa riadi vzťahom

${\displaystyle U={\frac {s}{2}}nRT\;}$

kde číslo s je tzv. počet stupňov voľnosti molekuly plynu. Pre jednoatómovú molekulu je s = 3, pre dvojatómovú s = 5, pre viacatómové molekuly (ktoré navyše nie sú lineárne) je s = 6. Tento vzťah pre vnútornú energiu prestáva platiť pri vysokých teplotách, kedy sa začnú prejavovať aj ďalšie stupne voľnosti molekuly (molekula začne kmitať).

Zdroje

1. POKROVSKIJ, V. L. Ideal gas. In: Great Soviet Encyclopaedia (1979).
2. ideální plyn. In: Technický slovník naučný G – J. Praha : Encyklopedický dům, 2002. ISBN 80-7335-080-7. S. 258-259.
3. ideální plyn. In: Technický naučný slovník G – L. Praha, Bratislava : SNTL, SVTL, 1962. s. 198. (Poznámka: tu je použitá definícia ideálneho plynu v užšom zmysle)
4. Gas law. In: Thermopaedia
5. perfect gas. In: Thermopaedia
6. LABUHN, Dirk. Keine Panik vor Thermodynamik! (Erfolg und Spaß im klassischen "Dickbrettbohrerfach" des Ingenieurstudiums). [s.l.] : Springer Science & Business Media, 2007. 344 s. ISBN 978-3-8348-0306-1. S. 90 - 91.
7. ideales Gas. In: Lexikon der Physik. [CD-ROM] Heidelberg : Spektrum, Akad. Verl, c2000. ISBN 3-8274-0515-7.
8. ISO 80000-5:2007 (5.17.2)

Chemický portál