Gas ideal
Gas ideal adalah gas teoretis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum gas ideal, sebuah persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika statistika.
Pada kondisi normal seperti temperatur dan tekanan standar, kebanyakan gas nyata berperilaku seperti gas ideal. Banyak gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia dan karbon dioksida dapat diperlakukan seperti gas ideal dengan perbedaan yang masih dapat ditolerir. Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal pada temperatur tinggi dan tekanan rendah, karena kerja yang melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan energi kinetik partikel, dan ukuran molekul juga menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan ruangan kosong antar molekul.
Model gas ideal tak dapat dipakai pada suhu rendah atau tekanan tinggi, karena gaya intermolekuler dan ukuran molekuler menjadi penting. Model gas ideal juga tak dapat dipakai pada gas-gas berat seperti refrigeran atau gas dengan gaya intermolekuler kuat, seperti uap air. Pada beberapa titik ketika suhu rendah dan tekanan tinggi, gas nyata akan menjalani fase transisi menjadi liquid atau solid. Model gas ideal tidak dapat menjelaskan atau memperbolehkan fase transisi. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan keadaan yang lebih kompleks.
Karakteristik termodinamika gas ideal dapat dijelaskan dengan 2 persamaan:
Persamaan keadaan gas ideal adalah hukum gas ideal
Persamaan ini diturunkan dari Hukum Boyle: formula_2 (pada n dan T konstan); Hukum Charles: formula_3 (pada P dan n konstan); dan Hukum Avogadro: formula_4 (pada P dan T konstan). Dengan menggabungkan ketiga hukum tersebut, maka menjadi formula_5 yang artinya formula_6.
Pada kondisi ideal, formula_7 ;
maka,
formula_8.
Energi dalam gas ideal dinyatakan dengan: :formula_9
Kemungkinan distribusi partikel dari kecepatan atau energi dapat menggunakan distribusi kecepatan Maxwell.
Hukum ideal gas adalah lanjutan dari hukum gas yang ditemukan secara percobaan. Fluida nyata pada densitas rendah dan temperatur tinggi hampir mengikuti hukum gas ideal. Namun, pada temperatur rendah atau densitas tinggi, fluida nyata mengalami penyimpangan jauh dari sifat gas ideal, terutama karena terkondensasi menjadi liquid atau terdeposisi menjadi padat. Penyimpangan ini dinyatakan dalam faktor kompresibilitas.
Model gas ideal mengikuti asumsi berikut ini: