U ovom radu pokušat ćemo kreirati model kretanja idealnog plina. Potrebno je isprogramirati animaciju kretanja takvog plina u zadanim tehnologijama, a one su JavaScript i HTML5. Osnova naše animacije su čestice idealong plina koje se gibaju u nekakvom ograničenom prostoru. Prikazat ćemo međudjelovanje i „ponašanje“ tih čestica. Prvo što je potrebno napraviti je opisati idealni plin i njegove fizikalne zakone i zatim način na koji smo te zakone pretočili u programski kod kako bi dobili vjeran model.
Kako bi objasnili model idealnog plina, što je i tema našeg projekta, polazimo upravo od te pretpostavke da su atomi, odnosno molekule, osnovne jedinke od kojih je izgrađena materija. Molekule se u tijelima gibaju, privlače ili odbijaju. Problem gibanja velikog broja čestica riješit ćemo lakše što je slabije njihovo međudjelovanje. Dakako, utjecaj međudjelovanja opada s porastom udaljenosti među molekulama. Za razliku od tekućina i krutih tijela, u plinovima je gustoća materije manja pa je razumljivo da je molekulska teorija postigla najveće uspjehe upravo u objašnjenju svojstava plinova.
Molekule u plinovima kreću se velikim brzinama i međusobno se sudaraju. Na velikim se udaljenostima molekule privlače, a na malim se udaljenostima one odbijaju i sile su mnogo jače.
Idealni plin je model u kojem pretpostavljamo da međumolekulske sile nemaju veći utjecaj na
ponašanje plina. 1 mol nekog plina sadrži Avogadrov
broj1 molekula, 6.02214129(27) × 1023.
Dakle, idealni plin je teorijski model plina sastavljenog od mnoštva gibajućih molekula u
kojem zanemarujemo njihovo međudjelovanje. Također između njih ne postoje Van der Waalsove
sile2 pa se idealni plin ne može prevesti
u tekuće ili čvrsto stanje. Idealni plin je teorijski koncept, a realni plinovi mu se približavaju tek pri niskim
tlakovima i visokim temperaturama. Granu fizike koja se bavi proučavanjem sustava od velikog broja
čestica nazivamo statistička fizika.
Koncept idealnog plina je jednostavan iz razloga što ispunjava zakon idealnog plina, tj. može se izraziti jednostavnom jednadžbom stanja.
Termodinamička svojstva idealnog plina mogu se opisati jednadžbom stanja idealnog plina:
P × V = n × R × T
P - pritisak
V - volumen
n - broj molova
R - konstanta
T - temperatura
broj čestica vrlo velik
čestice se gibaju neovisno, a jedina interakcija među njima su sudari
udari čestica međusobno i čestica sa stijenkama su savršeno elastični (očuvanje količine gibanja)
međučestične udaljenosti zanemarive
gibanje čestica nasumično/kaotično, bez preferiranih smjerova
gibanje velikim brzinama, a raspodjela brzina je izotropna
čestice su rijetko raspoređene pa je ukupni obujam čestica zanemarivo malen u usporedbi s obujmom posude
za molekule vrijedi Newtonovska mehanika (čvrste kuglice bez unutarnje strukture)
zanemaruje se gibanje atoma unutar tih molekula