Ideales Gas

Ein ideales Gas ist das ideale Objekt eines Gases.

Die Gasteilchen werden als ausdehnungslos betrachtet und wechselwirken nur durch elastische Stöße. Unter den realen Gasen kommen die leichten Edelgase und Wasserstoff diesem Zustand am nächsten, insbesondere bei niedrigem Druck und hoher Temperatur, da sie im Vergleich zu ihrer mittleren freien Weglänge eine verschwindend kleine Ausdehnung besitzen. Die Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen in einem idealen Gas wird durch die Maxwell-Boltzmann-Verteilung beschrieben.

Je niedriger der Druck und je höher die Temperatur ist, desto stärker verhält sich ein reales Gas wie ein ideales.

Ideale Gase unterliegen nicht dem Joule-Thomson-Effekt, woraus man folgern kann, das ihre innere Energie und ihre Enthalpie unabhängig von Druck und Volumen sind. Der Joule-Thomson-Koeffizient beträgt daher bei idealen Gasen immer Null und die Inversionstemperatur (T_iγ = 1) hat keinen diskreten Wert, erstreckt sich also über den gesamten Temperaturbereich.

Die thermische Zustandsgleichung (allgemeine Gasgleichung) eines idealen Gases lautet:

wobei p der Druck, V das Volumen, n die Stoffmenge, R die universelle Gaskonstante und T die absolute Temperatur ist. Sie wurde empirisch aus verschiedenen einzelnen Gasgesetzen abgeleitet.

Die kalorische Zustandsgleichung lautet:

wobei c = 3/2 bei einem einatomigen Gas und allgemeiner c = f/2 mit der Anzahl an thermischen Freiheitsgrade f.

Allgemein gilt für ideale Gase:

• Entropieänderung:
• Volumenausdehnungskoeffizient: γ = 1/T
• Kompressibilität: κ = 1/p
• Spannungskoeffizient: β = γ

Bei Normalbedingungen gilt für ein ideales Gas:

• molares Volumen: V_M = 0,022414 m³/mol = 22,414 l/mol
• Volumenausdehnungskoeffizient: γ₀ = 1/273,15 K^-1
• Kompressibilität: κ₀ = 1/101325 Pa^-1

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