Ideal Gas
สมบัติของแก๊สอุดมคติ
- เคลื่อนที่ไร้ระเบียบ และแต่ละอะตอมจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงตลอดเวลา เว้นแต่ชนกำแพงจะเกิดการเปลี่ยนทิศทางขึ้น แต่ก็จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงต่อเหมือนเดิม
- อะตอมสองอะตอมเวลาชนกันแล้วจะไม่สูญเสียพลังงานเป็นความร้อน
- ปริมาตรของโมเลกุลน้อยมากประมาณได้ว่าเป็น 0
- โมเลกุลไม่มีแรงดึงดูดระหว่างกัน
แบบจำลองของแก๊ส
โมเลกุลเป็นไปตามกฎของนิวตัน
โมเลกุลเคลื่อนที่ในทุกทิศทุกทางและสม่ำเสมอ
ไม่มีการชนระหว่างโมเลกุล
โมเลกุลชนกับผนังของลูกสูบเป็นแบบยืดหยุ่น
ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส
ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส ( Kinetic Theory of Gases) เป็นทฤษฎีที่พยายามอธิบายสมบัติต่างๆ ของแก๊สโดยศึกษาจากทิศทางเคลื่อนที่ของโมเลกุลแก๊สและลักษณะของโมเลกุลแก๊สในช่วงแรก การเริ่มศึกษาทฤษฎีนี้โดยเจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์ นับเป็นจุดเริ่มต้นของการศึกษาอุณหพลศาสตร์ในมุมมองจุลภาค คือศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพลังงาน อุณหภูมิ และการเคลื่อนที่ของอะตอม โดยใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันโดยตรง. แทนที่จะเป็นการศึกษาอุณหพลศาสตร์แบบดั้งเดิมที่ทำกันในมุมมองของระดับมหภาค คือการศึกษาความสัมพันธ์ของค่าเฉลี่ยของคุณสมบัติต่าง ๆ ในระบบที่สามารถวัดได้ เช่น ความดัน หรือปริมาตร. ความสำเร็จของทฤษฎีนี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นเริ่มเชื่อว่า อะตอม มีอยู่จริง (ในสมัยนั้นยังมีการถกเถียงเรื่องนี้กันอยู่กว้างขวาง)
1.แก๊สประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมากที่มีขนาดเล็กมาก จนถือได้ว่าอนุภาคของแก๊สไม่มีปริมาตรเมื่อเทียบกับขนาดภาชนะที่บรรจุ โมเลกุลของแก๊สอยู่ห่างกันมาก ทำให้แรงดึงดูดและแรงผลักระหว่างโมเลกุลน้อยมาก จนถือได้ว่าไม่มีแรงกระทำต่อกัน
2.โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วในแนวเส้นตรง เป็นอิสระ ด้วยอัตราเร็วคงที่ และไม่เป็นระเบียบ จนกระทั่งชนกับโมเลกุลอื่น ๆ หรือชนกับผนังภาชนะจึงจะเปลี่ยนทิศทางและอัตราเร็ว
3.โมเลกุลของแก๊สที่ชนกันเองหรือชนกับผนังภาชนะจะเกิดการถ่ายโอนพลังงานให้แก่กันได้ แต่พลังงานรวมของระบบคงที่ ณ อุณหภูมิเดียวกัน โมเลกุลของแก๊สแต่ละโมเลกุลเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วไม่เท่ากัน แต่จะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน
4.พลังงานจลน์เฉลี่ยของแก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวิน
พลังงานภายในระบบ
พลังงานภายในระบบ
( Internal energy of system ) พลังงานภายในระบบ คือ ผลรวมของพลังงานจลน์เฉลี่ยทั้งหมดของแก๊สในระบบปิด
เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ “ U ”
การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในระบบ คือ ผลต่างของพลังงานภายในระบบหลังเปลี่ยนแปลง ( U2 ) กับพลังงานภายในระบบก่อนเปลี่ยนแปลง ( U1 ) เขียนแทนด้วย “DU” เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้ 
งานกับการเปลี่ยนแปลงปริมาตร เมื่อความดันคงตัว ผลจะทำให้แก๊สมีการขยายตัวและหดตัว โดยให้ DW คือ งานที่เกิดจากแก๊สกระทำหรืองานที่เกิดจากแรงภายนอกกระทำต่อแก๊ส นั่นคือ ค่า DW เป็นบวก ( + ) เมื่อ เกิดงานที่แก๊สกระทำ จะมีผลให้แก๊สขยายตัว ถ้าค่า DW เป็นลบ ( - ) เมื่อ งานนั้นเกิดจากแรงภายนอกกระทำต่อแก๊ส จะมีผลให้แก๊สหดตัว
จาก DW = FDs
DW = PADs
DW = P(ADs)
จะได้ DW = PDV
DW = P(V2 – V1 )
DW = P(V2 – V1 ) เป็น บวก ( + ) เมื่อ แก๊สขยายตัว จะได้ V2 > V1
DW = P(V2 – V1 ) เป็น ลบ ( - ) เมื่อ แก๊สหดตัว จะได้ V1 > V2
กฎข้อที่ 1 ของเทอร์โมไดนามิกส์
เป็นกฎการอนุรักษ์พลังงาน กล่าวว่า “พลังงานความร้อนทั้งหมดที่ให้แก่ระบบจะต้องมีค่าเท่ากับผลรวมของพลังงานภายในระบบที่เพิ่มขึ้นกับงานที่ทำโดยระบบนั้น” สามารถเขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้
DQ = DU + DW
เมื่อ DQ แทนพลังงานความร้อนที่ให้แก่ระบบ DU แทนพลังงานภายในระบบที่เพิ่มขึ้น DW แทนงานที่ระบบทำ แต่ความเป็นจริง ระบบของแก๊สใดๆ อาจจะมีการเปลี่ยนแปลงของระบบในกรณีอื่นๆได้ด้วย และเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน และกำหนดค่าเครื่องหมายได้ดังนี้
