Gas ideal
Un gas ideal ye un gas teóricu compuestu d'un conxuntu de partícules puntuales con desplazamientu aleatoriu que non interactúan ente sigo. El conceutu de gas ideal ye útil porque'l mesmu pórtase según la llei de los gases ideales, una ecuación d'estáu simplificada, y que puede ser analizada por aciu la mecánica estadística.
| Gas ideal | |
|---|---|
| modelu científicu | |
| modelu matemáticu y Gas | |
 |
En condiciones normales tales como condiciones normales de presión y temperatura, la mayoría de los gases reales portar en forma cualitativa como un gas ideal. Munchos gases tales como'l nitróxenu, osíxenu, hidróxenu, gases nobles, y dellos gases pesaos tales como'l dióxidu de carbonu pueden ser trataos como gases ideales dientro d'una tolerancia razonable.[1] Xeneralmente, l'apartamientu de les condiciones de gas ideal tiende a ser menor a mayores temperatures y a menor densidá (esto ye a menor presión),[1] una y bones el trabayu realizáu poles fuercies intermoleculares ye menos importante comparáu con enerxía cinética de les partícules, y el tamañu de les molécules ye menos importante comparáu col espaciu vacíu ente elles.
El modelu de gas ideal tiende a fallar a temperatures menores o a presiones elevaes, cuando les fuercies intermoleculares y el tamañu intermolecular ye importante. Tamién polo xeneral, el modelu de gas ideal nun ye apoderáu pa la mayoría de los gases pesaos, tales como vapor d'agua o munchos fluyíos refrigerantes.[1] A ciertes temperatures baxes y a alta presión, los gases reales sufren una transición de fase, tales como a un líquidu o a un sólidu. El modelu d'un gas ideal, sicasí, nun describe o dexa les transiciones de fase. Estos fenómenos tienen de ser modelaos por ecuaciones d'estáu más complexes.
El modelu de gas ideal foi investigáu tantu nel ámbitu de la dinámica newtoniana (como por casu en "teoría cinética") y en mecánica cuántica (como "partícula nuna caxa"). El modelu de gas ideal tamién foi utilizáu pa modelar el comportamientu d'electrones dientro d'un metal (nel Modelu de Drude y nel modelu d'electrón llibre), y ye unu de los modelos más importantes utilizaos na mecánica estadística.
Tipos de gases ideales
Esisten tres clases básiques de gas ideal:
- El clásicu o gas ideal de Maxwell-Boltzmann
- El gas ideal cuánticu de Bose, compuestu de bosones
- El gas ideal cuánticu de Fermi, compuestu de fermiones
El gas ideal clásicu pue ser clasificáu en dos tipos: el gas ideal termodinámicu clásicu y el gas ideal cuánticu de Boltzmann. Dambos son esencialmente'l mesmu, sacante que'l gas ideal termodinámicu ta basáu na mecánica estadística clásica, y ciertos parámetros termodinámicos tales como la entropía son especificaos a menos d'una constante aditiva. El gas ideal cuánticu de Boltzmann salva esta llimitación al tomar la llende del gas cuántico de Bose gas y el gas cuántico de Fermi gas a altes temperatures pa especificar les constantes aditivas. El comportamientu d'un gas cuántico de Boltzmann ye'l mesmu que'l d'un gas ideal clásicu sacante tocantes a la especificación d'estes constantes. Los resultaos del gas cuántico de Boltzmann son utilizaos en dellos casos incluyíos la ecuación de Sackur-Tetrode de la entropía d'un gas ideal y la ecuación d'ionización de Saha pa un plasma ionizado débil.
Gas ideal termodinámicu clásicu
editarLes propiedaes termodinámiques d'un gas ideal pueden ser descrites por dos ecuaciones:
La ecuación d'estáu d'un gas ideal clásicu que ye la llei de los gases ideales
y la enerxía interna a volume constante d'un gas ideal que queda determinada pola espresión:
onde :* P ye la presión
- V ye'l volume
- n ye la cantidá de sustancia d'un gas (en moles)
- R ye la constante de los gases (8.314 J·K−1mol-1)
- T ye la temperatura absoluto
- O ye la enerxía interna del sistema :*
ye'l calor específico adimensional a volume constante, ≈ 3/2 pa un gas monoatómico, 5/2 pa un gas diatómico y 3 pa molécules más complexes. La cantidá de gas en J·K−1 ye onde :* N ye'l númberu de partícules de gas
- ye la constante de Boltzmann (1.381×10−23J·K−1).
La distribución de probabilidá de les partícules por velocidá o enerxía queda determinada pola distribución de Boltzmann.
Calor específico
editarEl calor específico a volume constante de nR = 1 J·K−1 de too gas, inclusive el gas ideal ye:
Este ye un calor específico adimensional a volume constante, que polo xeneral depende de la temperatura. Pa temperatures moderaes, la constante pa un gas monoatómico ye ente que pa un gas diatómico ye . Les midíes macroscópicas del calor específico dexen llograr información sobre la estructura microscópica de les molécules.
El calor específico a presión constante de 1 J·K−1 gas ideal ye:
onde ye la entalpía del gas.
Referencies
editar- ↑ 1,0 1,1 1,2 Thermodynamics: An Engineering A654proach (Fourth Edition), ISBN 0-07-238332-1, Cengel, Yunus A.;Boles, Michael A., p.89
Datos: Q172280
