Izvorni kod stranice Gas

{{drugo značenje|vrstu goriva|[[Zemni gas]] ([[TNG]], [[KPG]]) ili [[Tečni naftni gas]]}}
[[Datoteka:Gas particle movement.svg|right|thumb|Čestice gasne faze ([[atom]]i, [[molekul]]i, ili [[jon]]o) se slobodno kreću u odsustvu [[električno polje|električnog polja]].]]

'''Gas''' (''plin'') jedno je od [[Agregatna stanja|četiri fundamentalna stanja materije]] (druga su [[čvrsto stanje|čvrsto stanje]], [[tečnost|tečno stanje]], i [[Plazma (fizika)|plazma]]). Čist gas može da se sastoji od individualnih atoma (e.g. [[plemeniti gas]] kao što je [[neon]]), [[hemijski element|elementalnih]] molekula koji se sastoje od jednog tipa atoma (e.g. [[kiseonik]]), ili molekula [[hemijsko jedinjenje|jedinjenja]] formiranih od različitih atoma (e.g. [[ugljen dioksid]]). Gasovite [[smeša|smeše]] sadrže različite čiste gasove, poput [[Zemljina atmosfera|vazduha]]. Gas se razlikuje od tečnosti i čvrste materije po tome što postoji ogromna separacija između individualnih čestica. Ta separacija obično čini bezbojne gasove nevidljivim za ljudsko oko. Interakcije gasnih čestica u prisustvu električnog i [[gravitaciono polje|gravitacionog polja]] se smatraju zanemarljivim, što je predstavljeno konstantnim vektorima brzine na slici. Jedan tip dobro poznatog gasa je para.

Gasovito stanje materije se nalazi između stanja tečnosti i plazme,<ref>This early 20th century discussion infers what is regarded as the plasma state. See page 137 of American Chemical Society, Faraday Society, Chemical Society (Great Britain) ''The Journal of physical chemistry, Volume 11'' Cornell (1907).</ref> pri čemu plazma predstavlja gornju temperaturnu granicu gasova. Na granici donjeg kraja [[temperatura|temperaturne]] skale leže degenerativni kvantni gasovi,<ref>The work by T. Zelevinski provides another link to latest research about Strontium in this new field of study. See {{cite journal |journal=Physics |title=84Sr—just right for forming a Bose-Einstein condensate|author=Tanya Zelevinsky|url=http://physics.aps.org/articles/v2/94|volume= 2|page=94|date=2009|doi=10.1103/physics.2.94|bibcode = 2009PhyOJ...2...94Z }}</ref> koji zadobijaju sve više pažnje.<ref>[http://www.sciencedaily.com/releases/2009/11/091104140812.htm Quantum Gas Microscope Offers Glimpse Of Quirky Ultracold Atoms]. ScienceDaily. 4 November 2009.</ref> Atomski gasovi visoke gustine koji su super -hlaženi do izuzetno niskih temperatura se klasifikuju po njihovom statističkom ponašanju kao bilo [[Boseov gas]] ili [[Fermijev gas]]. 

== Elementalni gasovi ==
Jedini [[hemijski element]]i koji su stabilni na [[standardna temperatura i pritisak|standardnoj temperaturi i pritisku]] (STP) su multiatomski [[Homonuklearna čestica|homonuklearni]] [[molekul]]i: [[vodonik]] (H<sub>2</sub>), [[azot]] (N<sub>2</sub>) i [[kiseonik]] (O<sub>2</sub>); plus dva [[halogen]]a, [[fluor]] (F<sub>2</sub>) i [[hlor]] (Cl<sub>2</sub>). Ti gasovi, kad su grupisani zajedno sa [[Monoatomski gas|monatomskim]] [[plemeniti gas|plemenitim gasovima]]: [[helijum]]om (He), [[neon]]om (Ne), [[argon]]om (Ar), [[kripton]]om (Kr), [[ksenon]]om (Xe) i [[radon]]om (Rn), se nazivaju elementalnim gasovima. Alternativno oni su ponekad nazivaju „molekularnim gasovima“ da bi se razlikovali od molekula koji su takođe [[hemijsko jedinjenje|hemijska jedinjenja]].

== Etimologija ==
Reč ''gas'' je [[neologizam]] koji je prvobitno koristio u ranom [[17. vek]]u [[Flamanci|Flamanski]] [[hemičar]] [[Jan Baptist van Helmont|J.B. van Helmont]].<ref>J. B. van Helmont, ''Ortus medicinae''. …  (Amsterdam, (Netherlands):  Louis Elzevir, 1652 (first edition:  1648)). The word "gas" first appears on [http://books.google.com/books?id=c41nbl8iwrEC&pg=PA58#v=onepage&q&f=false page 58], where he mentions: "… Gas (meum scil. inventum) …" (… gas (namely, my discovery) …). On [http://books.google.com/books?id=c41nbl8iwrEC&pg=PA59#v=onepage&q&f=false page 59], he states: "… in nominis egestate, halitum illum, Gas vocavi, non longe a Chao …" (… in need of a name, I called this vapor "gas", not far from "chaos" …)</ref> Van Helmontova reč izgleda da je bila jednostavno fonetska transkripcija [[Starogrčki jezik|grčke]] reči χάος ''[[Kaos (mitologija)|haos]]'' – ''g'' se u holandskom izgovara kao ''č'' i „loč“ – u kom slučaju je Van Helmont jednostavno sledio ustaljenu [[alhemija|alhemijsku]] upotrebu, prvobitno korištenu u radovima [[Paracelsus]]a. Sledstveno Paracelsusovoj terminologiji, ''haos'' znači nešto poput „ultra-razređene vode“.<ref name=et>{{OEtymD|gas}}</ref>

Jedna alternativna verzija je<ref>{{cite book|last=Draper|first=John William|title=A textbook on chemistry|date=1861|publisher=Harper and Sons|location=New York|page=178|url=https://play.google.com/store/books/details?id=HKwS7QDh5eMC&rdid=book-HKwS7QDh5eMC&rdot=1}}</ref> da je Van Helmontova reč koruptirana od ''gahst'' (ili ''geist''), sa značenjem duh ili spirit. To je zato što su pojedini gasovi sugerisali natprirodno poreklo, kao što je njihova sposobnost uzrokovanja smrti, manifestovanja plamena, i usled njihove pojave u „rudnicima, na dnima bunara, u crkvenim dvorištima i drugim usamljenim mestima“.

== Fizičke karakteristike ==
[[File:Purplesmoke.jpg|right|thumb|border|text-bottom|upright=1.1|Raznošene čestice [[dim]]a pružaju nagoveštaj o kretanju okružujućeg gasa.]]

Pošto je mnoge gasove teško direktno uočiti, oni se opisuju korišćenjem četiri [[fizičko svojstvo|fizička svojstva]] ili [[makroskopska skala|makroskopske]] karakteristike: [[pritisak|pritiskom]], [[zapremina (termodinamika)|zapreminom]], [[broj čestica|brojem čestica]] (hemičari ih grupišu u [[mol (jedinica)|molove]]) i [[Temperatura|temperaturom]]. Te četiri karakteristike su za mnoštvo gasova u različitim okolnostima izučavali naučnici kao što su [[Robert Boyle|Robert Bojl]], [[Jacques Charles|Žak Čals]], [[John Dalton|Džon Dalton]], [[Joseph Gay-Lussac|Žozef Luj Ge-Lisak]] i [[Amedeo Avogadro]]. Njihove detaljne studije su ultimativno dovele do razvoja matematičkih odnosa između tih svojstava, koja su izražena kao [[Jednačina stanja idealnog gasa|zakon idealnog gasa]] (pogledajte ispod sekciju o pojednostavljenim modelima).

Gasne čestice su znatno razmaknute jedna od druge, i konsekventno imaju slabije intermolekularne sile od tečnih i čvrstih materija. Te [[intermolekularna sila|intermolekularne sile]] proizilaze iz elektrostatičkih interakcija između čestica gasa. Istovetno naelektrisane površine različitih čestica gasa se odbijaju, dok se suprotno naelektrisani regioni različitih čestica gasa međusobno privlače; gasovi koji sadrže permanentno naelektrisane [[jon]]e su poznati kao [[plazma (fizika)|plazme]]. Gasovita jedinjenja sa [[hemijska polarnost|polarnim kovalentnim]] vezama sadrže permanentnu neravnotežu naelektrisanja i stoga imaju relativno jake intermolekularne sile, mada neto molekulsko naelektrisanje ostaje neutralno. Prolazna, randomno indukovana naelektrisanja postoje duž nepolarnih [[kovalentna veza|kovalentnih veza]] molekula i elektrostatičke interakcije uzrokovane njima se nazivaju [[Van der Valsova veza|Van der Valsovim silama]]. Interakcije tih intermolekularnih sila variraju unutar supstance što određuje mnoga fizička svojstva koja su jedinstvena za svaki gas.<ref>The authors make the connection between molecular forces of metals and their corresponding physical properties. By extension, this concept would apply to gases as well, though not universally. Cornell (1907) pp. 164–5.</ref><ref>One noticeable exception to this physical property connection is conductivity which varies depending on the state of matter (ionic compounds in water) as described by [[Michael Faraday]] in the 1833 when he noted that ice does not conduct a current. See page 45 of John Tyndall's ''Faraday as a Discoverer'' (1868).</ref> Poređenje ''tački ključanja'' za jedinjenja formirana jonskim i kovalentnim vezama dovodi do tog zaključka.<ref>{{cite book|author=John S. Hutchinson|url=http://cnx.org/content/col10264/latest/|title=Concept Development Studies in Chemistry|date=2008|page=67}}</ref> Kretanje čestica dima na slici daje izvestan uvid u ponašanje gasa pri niskom pritisku.

U poređenju sa drugim stanjima materije, gasovi imaju malu [[gustina|gustinu]] i [[viskozitet]]. [[Pritisak]] i [[temperatura]] utiču na čestice unutar određene zapremine. Ta varijacija u separaciji i brzini čestica se naziva ''kompresibilnost''. Separacija i veličina čestica utiču na optička svojstva gasova, kao što se može videti na [[spisak indeksa refracije|spisku indeksa refrakcije]]. Konačno, čestice gasa se udaljavaju jedna od druge podvrgavajući se procesu [[difuzija|difuzije]] da bi se homogeno distribuirale u bilo kojoj posudi.

== Makroskopska svojstva ==
[[File:CFD Shuttle.jpg|right|thumb|border|text-bottom|upright=1.0|Slika šatla tokom faze povratka na Zemlju.]]
Pri posmatranju gasa, tipično se usvoji referentni okvir ili [[Skala dužine|skala dužina]]. ''Veće'' skale raspona korespondiraju [[Makroskopska skala|makroskopskoj]] ili globalnoj tački gledišta gasa. Taj region (koji se naziva zapremina) mora da bude dovoljno velik da bi sadržao veliki uzorak čestica gasa. Rezultirajuća statistička analiza uzorka te veličine proizvodi '''„prosečno“''' ponašanje (i.e. vrzinu, temperaturu ili pritisak) svih čestica gasa u regionu. U kontrastu s tim, ''manje'' skale raspona korespondiraju [[Mikroskopska skala|mikroskopskom]] ili korpuskularnom gleduštu.

Makroskopski, karakteristike gasa se mere bilo u vidu samih čestica gasa (brzine, pritiska, ili temperature) ili njihovog okruženja (zapremine). Na primer, Robert Bojl je izučavao [[pneumatska hemija|pneumatsku hemiju]] tokom male porcije svoje karijere. Jedan od njegovih eksperimenata je vezan za [[Makroskopska skala|makroskopska]] svojstva pritiska i zapremine gasa. U njegovom eksperimentu je korištena J-cev [[manometar|manometra]] koja izgleda kao [[epruveta]] u obliku slova J. Bojl je zarobio [[inertni gas|inertni]] gas u zatvorenom kraju cevi slojem [[živa|žive]], čime je ostvario konstantan broj čestica i temperaturu. On je primetio da sa povećanjem pritiska u gasu, dodavanjem žive u cev, dolazi do smanjenja zapremine gasa (što je poznato kao [[inverzan (matematika)|inverzan]] odnos). Bojl je isto tako uočio da je proizvod pritiska i zapremine u svakom eksperimentu konstantan. Taj odnos se održava za svaki gas, tako da je Bojl formulisao zakon, (PV=k), koji nosi njegovo ime u znak njegovog doprinosa ovom polju.

Postoje mnogi matematički alati za analizu svojstava gasa. Kad se gasovi podvrgnu ekstremnim uslovima, ti alati postaju nešto kompleksniji, od [[Ojlerove jednačine|Ojlerovih jednačina]] za neviskozni protok do [[Navijer–Stoksove jednačine|Navijer–Stoksovih jednačina]]<ref>Anderson, p.501</ref> za potpuno opisivanje viskoznih efekata. Te jednačine su adaptirane na uslove datog gasnog sistema. Bojlova laboratorijska oprema je omogućila upotrebu [[algebra|algebre]] za dobijanje analitičkih rezultata. Njegovi rezultati su bili mogući zato što je on izučavao gasove pri relativno niskim pritiscima gde se oni ponašaju u "idealnom" maniru. Ti idealni odnosi su primenljivi na proračune bezbednosti za raznovrsne uslove letenja koristeći mnoštvo materijala. Tehnološka oprema koja je u današnje vreme u upotrebi je dizajnirana za bezbedno izučavanje egzotičnijih operacinih okruženja, u kojima se gasovi više ne ponašaju u "idealnom" maniru. Ti složeniji proračuni, uključujući [[statistika|statistiku]] i [[multivarijabilni račun]], omogućavaju rešavanje takvih kompleksnih dinamičkih situacija, kao što je ponovni prostorni ulaz vozila. Na primer analiza povratka Spejs šutla je prikazana na slici. Proračunom se osigurava da su svojstva materijala pod takvim naponskim uslovima odgovarajuća. U takovom režimu letenja, gas se više ne ponaša idealno.

=== Pritisak ===
{{Main|Pritisak}} 
Simbol kojim se označava ''pritisak'' u jednačinama je '''"p"''' ili '''"P"''', a SI jedinica je [[Paskal (jedinica)|paskal]].

Pri opisivanju suda s gasom, termin [[pritisak]] (ili apsolutni pritisak) se odnosi na prosečnu silu po jedinici površine koju gas vrši na površinu suda. U toj zapremini, ponekad je lakše da se vizuelizuju čestice gasa u pravolinijskom kretanju, dok se ne sudare sa sudom (pogledajte dijagram na vrhu članka). Sila koju gas vrši na čestice suda tokom sudara je promena [[momenat|momenta]] čestice.<ref>{{cite book|pages=319–20|author=J. Clerk Maxwell|title=Theory of Heat|date=1904|isbn=0-486-41735-2|publisher=Dover Publications|location=Mineola}}</ref> Tokom sudara menja se samo [[Normala|normalna]] komponenta brzine. Čestica koja se kreće paralelno da zidom ne menja svoj momenat. Stoga prosečna sila na površini mora da bude prosečna promena [[momenat|linearnog momenta]] svih kolizija.

Pritisak je suma svih normalnih komponenti sile koju vrše čestice koje se sudaraju sa zidom suda, podeljena sa površinom zida.

=== Temperatura ===
[[File:Nitrogen.ogv|thumb|Vazdušni balon se smanjuje nakon uranjanja u tečni azot]]
{{Main|Termodinamička temperatura}} 
Simbol koji se koristi za označavanje ''temperature'' u jednačinama je ''T'', sa SI jedinicom [[kelvin]].

Brzina čestica gasa je proporcionalna njihovoj [[apsolutna temperatura|apsolutnoj temperaturi]]. Zapremina balona u snimku se smanjuje kad se zarobljene čestice gasa uspore uranjanjem balona u ekstremno hladni azot. Temperatura bilo kog [[fizički sistem|fizičkog sistema]] je povezana sa kretanjem čestica (molekula i atoma) koje sačinjavaju sistem.<ref>See pages 137–8 of Society, Cornell (1907).</ref> U [[statistička mehanika|statističkoj mehanici]], temperatura je mera prosečne kinetičke energije čestice. Metodi očuvanja ove energije su diktatirani [[stepeni slobode (fizika i hemija)|stepenima slobode]] samih čestica ([[Energetski nivo|modom energije]]). Kinetička energija dodata (u [[Endotermni proces|endotermnom]] procesu) česticama gasa putem kolizija proizvodi linearno, rotaciono, i vibraciono kretanje. U kontrastu s tim, molekul u čvrstoj materiji može jedino da poveća svoje vibracione modove dodatkom toplote, jer struktura kristalne rešetke sprečava njegovo linearno i rotaciono kretanje. Molekuli zagrejanog gasa imaju veći opseg brzine koji konstantno varira usled konstantnih sudara sa drugim česticama. Opseg brzina se može opisati pomoću [[Maksvel–Bolcmanova distribucija|Maksvel–Bolcmanove distribucije]]. Upotreba ove distribucije podrazumeva prisustvo [[idealni gas|idealnih gasova]] u blizini [[termodinamička ravnoteža|termodinamičke ravnoteže]] za razmatrani sistem čestica.

=== Specifična zapremina ===

{{Main|Specifična zapremina|Zapremina (termodinamika)}}
Simbol koji se koristi za obeležavanje ''specifične zapremine'' u jednačinama je '''"v"''', sa SI jedinicom kubni metar po kilogramu. Simbol koji se koristi za obeležavanje '''zapremine''' u jenačinama je '''"V"''', sa SI jedinicom kubni metar.

U [[termodinamika|termodinamičkoj]] analizi, tipično se govori o [[intenzivnim i ekstenzivnim svojstvima]]. Svojstva koja zavise od količine gasa (bilo po masi ili zapremini) se nazivaju ''ekstenzivnim'' svojstvima, dok se svojstva koja nisu zavisna od količine gasa nazivaju ''intenzivnim'' svojstvima. '''Specifična zapremina''' je primer ''intenzivnog'' svojstva, jer je to odnos zapremine okupirane ''jedinicom mase'' gasa koji je identičan širom sistema u ravnoteži.<ref>{{cite book|page=12|author=Kenneth Wark|title=Thermodynamics|edition=3|publisher=McGraw-Hill|date=1977|isbn=0-07-068280-1}}</ref> 1000 atoma jednog gasa zauzimaju isti prostor, kao bilo kojih 1000 atoma drugog gasa na datoj temperaturi i pritisku. Taj koncept se lakše vizuelizuje kod čvrste materije, kao što je [[gvožđe]], koja nije kompresivna poput gasova. Pošto gas popunjava svaki sud u kome se nalazi, '''zapremina''' je ''ekstenzivno svojstvo''.

=== Gustina ===
{{Main|Gustina}} 
Simbol koji se koristi za označavanje '''gustine''' u jednačinama je '''ρ''' (ro), sa SI jedinicoma kilogram po kubnom metru. Ova veličina je recipročna specifičnoj zapremini.

Pošto molekuli gasa mogu slobodno da se kreću u sudu, njihova masa se normalno izražava '''gustinom'''. Gustina je količina mase po jedinici zapremine supstance, ili inverzna vrednost specifične zapreminie. Kod gasova, gustina može da varira u širokom opsegu pošto su čestice slobodne da se približe jedna drugoj kad su ograničene pritiskom ili zapreminom. Ova varijacija gustine se naziva [[kompresibilnost|kompresibilnošću]]. Poput pritiska i temperature, gustina je [[promenljiva stanja]] gasa, i promena gustine tokom bilo kog procesa je podležna zakonima termodinamike. Za [[Statika fluida|statički gas]], gustina je ista širom celokupnog suda. Gustina je stoga [[Skalar (fizika)|skalarna veličina]]. Može se pokazati uz pomoć '''kinetičke teorije''' da je gustina ''inverzno'' proporcionalna veličini suda u kome je fiksna masa gasa zatvorena. U slučaju fiksne mase, gustina se smanjuje sa povećanjem zapremine.

== Mikroskopska svojstva ==
Kad bi bilo moguće da se vidi gas pod moćnim mikroskopom, videla bi se kolekcija čestica (molekula, atoma, jona, elektrona, etc.) bez bilo kakvog definitivnog oblika ili zapremine, koje se manje-više randomno kreću. Te čestice neutralnog gasa jedino menjaju pravac kad se sudare sa drugim česticama ili sa zidovima suda. U idealnom gasu, ti sudari su perfektno elastični. Stoga čestice ili [[mikroskopska skala|mikroskopski]] pogled na gas se mogu opisati  [[Kinetička teorija plinova|kinetičkom molekularnom teorijom]]. Pretpostavka na kojoj se ta teorija zasniva se može naći među postulatima [[Kinetička teorija plinova|kinetičke teorije]].

=== Kinetička teorija ===
{{Main|Kinetička teorija plinova}}

'''Kinetička teorija''' pruža uvid u makroskopska svojstva gasova putem razmatranja njihove molekularne kompozicije i kretanja. Počevši sa definicijama [[momenat|momenta]] i [[kinetička energija|kinetičke energije]],<ref>For assumptions of Kinetic Theory see McPherson, pp.60–61</ref> mogu se koristiti [[Zakon konzervacije (fizika)|konzervacija momenta]] i geometrijski odnosi kocke da bi povezala svojstva makroskopskog sistema, temperature i pritiska, sa mikroskopskim svojstvom kinetičke energije molekula. Teorija pruža prosečne vrednosti ta dva svojstva.

Teorija takođe objašnjava kako gasni sistem odgovara na promene. Na primer, sa zagrejavanjem gasa od apsolutne nule, kad je (u teoriji) perfektno nepokretan, njegova [[unutrašnja energija]] (temperatura) se povećava. Sa zagrejavanjem gasa, čestice se ubrzavaju i njegova temperatura raste. To dovodi do većeg broja sudara sa sudom po jedinici vremena usled povećene brzine čestica uslovljene povećanom temperaturom. Pritisak se povećava proporciono sa brojem sudara u jedinici vremena.

=== Braunovo kretanje ===
[[File:Diffusion animation.gif|thumb|Randomno kretanje čestica gasa dovodi do [[difuzija|difuzije]].]]
{{Main|Braunovo kretanje}} 
Brounovo kretanje je matematički model koji se koristi za opisivanje randomnog kretanja čestica suspendedovanih u fluidu. Animacija čestica gasa, koristeći ljubičaste i zelene čestice, ilustruje kako to ponašanje dovodi do širenja gasova ([[entropija]]). Ovi događaji su takođe opisani [[čestica|teorijom čestica]].

Pošto je to na granici (ili izvan) današnje tehnologije da razmatra individualne čestice gasa (atoma ili molekula), jedino teoretski proračuni daju sugestije o načinu njihovog kretanja. To kretanje se razlikuje od Braunovog kretanja, zato što Braunovo kretanje obuhvata glatko povlačenje sila trenja mnogobrojnih molekula gasa, presecano oštrim sudarima pojedinačnih (ili mnoštva) molekula gasa sa česticom. Čestica (koja se generalno sastoji od miliona ili milijardi atoma) se stoga kreće promenljivim kursom, mada ne u tolikoj meri kao što bi se očekivalo od pojedinačnih molekula gasa.

=== Intermolekularne sile ===
[[File:3D model hydrogen bonds in water.svg|left|thumb|border|text-top|upright=0.8|Kad su gasovi kompresovani, intermolekularne sile poput onih prikazanih ovde imaju aktivnu ulogu.]]
{{Main|van der Valsova sila|Međumolekulska sila}}
Trenutna privlačenja (ili odbijanja) između čestica utiču na [[Kompresibilni protok|dinamiku gasa]]. U [[Fizička hemija|fizičkoj hemiji]], te intermolekularne sile se nazivaju ''van der Valsovim silama''. Te sile imaju ključnu ulogu u određivanju [[fizičko svojstvo|fizičkih svojstava]] gasa, kao što su [[viskozitet]] i [[Volumni protok|brzina protoka]] (pogledajte sekciju o fizičkim karakteristikama). Ignorisanje tih fila u određenim uslovim (pogledajte kinetičku molekularnu teoriju) omogućava tretiranje [[realni gas|realnog gasa]] kao [[idealni gas|idealnog gasa]]. Ta pretpostavka omogućava upotrebu [[Jednačina stanja idealnog gasa|zakona o idealnim gasovima]], što u znatnoj meri pojednostavljuje proračune.

Za adekvatnu korišćenje tih gasnih odnosa neophodna je saglasnost sa [[Kinetička teorija plinova|kinetičkom molekularnom teorijom]] (KMT). Kad čestice gasa poseduju magnetni naboj ili [[Intermolekularna sila|intermolekularne sile]] one postepeno utiču jedne na druge, pošto se rastojanje između njih redukuje (model vodonične veze ilustruje jedan takav primer). U odsustvu naelektrisanja, u izvesnoj tački kad je rastojanje između čestica gasa znatno redukovano one ne mogu više da izbegnu sudare među sobom na temperaturama normalnog gasa. Još jedan slučaj povećanja broja sudara među česticama gasa je fiksna zapremina gasa, koja nakon zagrevanja sadrži veoma brze čestice. ''Idealne jednačine pružaju relativno dobre rezultate ''izuzev'' pod uslovima ekstremno visokog pritiska (usled kompresibilnosti) ili visoke temperature (usled jonizacije).'' Ovi izuzetni uslovi omogućavaju prenos energije unutar gasnog sistema. Odsustvo tih unutrašnjih transfera se naziva idealnim uslovima, u kojima dolazi do razmene energije samo na granicama sistema. Realni gasovi podležu sudarima i intermolekularnim silama. Kad su sudari statistički zanemarljivi (nekompresibilni uslovi), rešenja idealnih jednačina su korisna. Ako su čestice gasa visoko kompresovane, one se ponašaju poput tečnosti (pogledajte [[dinamika fluida|dinamiku fluida]]).

== Pojednostavljeni modeli ==
{{Main|Jednačina stanja}}
''Jednačina stanja'' (za gasove) je matematički model koji se koristi za grubo opisivanje ili predviđanje svojstava stanja gasa. Do sad nije razvijena jedinstvena jednačina stanja koja precizno predviđa osobine svih gasova pod svim okolnostima. Stoga je veći broj preciznih jednačina stanja razvijen za gasove na specifičnim opsezima temperature i pritiska. „Modeli gasa“ koji su najšire razmatrani su „perfektni gas“, „idealni gas“ i „realni gas“. Svaki od tih modela ima svoj sopstveni set pretpostavki kojima se omogućava analiza datog termodinamičkog sistema.<ref>Anderson, pp. 289–291</ref> Svaki sukcesivni model proširuje temperaturni opseg pokrića na kojem se primenjuje.

=== Idealni i perfektni gasni modeli ===
{{Main|Perfektni gas}}
[[Jednačina stanja]] za idealni ili perfektni gas je [[zakon o idealnim gasovima]] i on je formulisan kao
:<math>PV=nRT,</math>
gde je ''P'' pritisak, ''V'' je zapremina, ''n'' je količina gasa (u molarnim jedinicama), ''R'' je [[univerzalna gasna konstanta]],  8,314&nbsp;J/(mol&nbsp;K), i ''T'' je temperatura. Napisan na ovaj način, on se ponekad naziva „hemičarskom verzijom“, pošto se naglašava broj molekula ''n''. On se takođe može napisati kao
:<math>P=\rho R_s T,</math>
gde <math>R_s</math> označava specifičnu gasnu konstantu za dati gas, u jedinicama J/(kg&nbsp;K), i ρ = m/V je gustina. Ova notacije „gasno dinamičarska“ verzija, koja je praktičnija u modelovanju protoka gasa u kome dolazi do ubrzanja bez hemijskih reakcija.

Zakon o idealim gasovima ne pravi pretpostavke od specifičnoj toploti gasa. U najopštijem slučaju, specifična toplota je funkcija temperature i pritiska. Ako se zavisnot od pritiska u specifičnim primenama zanemari (a verovatno i zavisnost od temperature), ponekad se za gas kaže da je [[perfektan gas]], mada precizna pretpostavka može da varira u zavisnosti od autora i/ili naučnog polja.

Za idealni gas, zakon o idealnim gasovima je primenljiv bez ograničenja u pogledu specifične toplote. Idealni gas je pojednostavljenje „realnog gasa“ sa pretpostavkom da [[faktor kompresibilnosti]] ''Z'' ima vrednost 1, što znači da taj pneumatski odnos ostaje konstantan. Faktor kompresibilnosti od 1 takođe pretpostavlja da četiri promenljiva stanja slede [[zakon o idealnim gasovima]].

Ova aproksimacija je podesnija za aplikacije u inženjerstvu mada se jednostavniji modeli mogu koristiti da bi se proizveli približni opsezi u kojima realna rešenja trebaju da budu. Jedan primer gde bi „aproksimacija idealnog gasa“ bila podesna je unutrašnjost komore za sagorevanje [[mlazni motor|mlaznog motora]].<ref>John, p.205</ref> Ona takođe može da bude korisna u održavanju elementarnih reakcija i hemijskih disocijacija pri proračunu [[Izduvni gasovi|emisija]].

=== Realni gas ===
[[File:MountRedoubtEruption.jpg|thumb|Erupcija [[Planina Redoubt|planine Redoubt]] u [[Aljaska|Aljasci]] od 21. aprila 1990. ilustruje realne gasove koji nisu u termodinamičkoj ravnoteži.]]
{{Main|Realni gas}}
Svaka od dole navedenih pretpostavki dodaje kompleksnost rešenju problema. Sa povećanjem gustine usled povećanja pritiska, intermolekularne sile imaju sve značajniju ulogu u ponašanju gasa što dovodi do toga da zakon idealnih gasova više ne pruža upotrebive rezultate. Na gornjem kraju temperaturnog opsega mašine (e.g. sekcije gde se odvija sagorevanje – 1300 K), komplene čestice goriva apsorbuju unutrašnju energiju putem rotacija i vibracija koje uzrokuju varijacije njihovih specifičnih toplota u odnosu na vredsnosti diatomiskih molekula i plemenitih gasova. Na temperaturi koja je više nego dvaput veća, počinje da se javlja elektronsko pobuđivanje i disocijacija čestica gasa, te dolazi do prilagođavanja pritiska većem broju čestica (prelaz iz gasa u [[plazma (fizika)|plazma]]).<ref>John, pp. 247–56</ref> Za sve termodinamičke procese se uzima da odnose na uniformne gasove čije brzine variraju u skladu sa fiksnom distribucijom. Korišćenje neravnotežnih situacija podrazumeva da je polje protoka okarakterisano na neki način tako da se može naći rešenje jednačine. Jedan od prvih pokušaja proširivanja granica zakona idealnog gasa je bilo uvrštavanje podrške za razne [[termodinamički proces|termodinamičke procese]] podešavanjem jednačina u oblik ''pV<sup>n</sup> = konstanta'' i zatim variranje ''n'' putem različitih brednosti kao što su [[Odnos toplotnog kapaciteta|odnosi specifičnih toplota]], ''γ''.

'''Efekti realnog gasa''' obuhvataju podešavanja koja su urađena da bu se uzeo u obzir najširi opseg ponašanja gasa:
*[[Faktor kompresibilnosti|Efekti kompresibilnosti]] (''Z'' može da varira oko 1,0)
*Promenljivi [[toplotni kapacitet]] (specifična toplota varira sa temperaturom)
*Van der Valsove sile (u kontekstu kompresibilnosti mogu da zamene druge jednačine stanja)
*[[Neravnotežna termodinamika|Neravnotežni termodinamički efekti]]
*Pitanja molekularne [[Disocijacija (hemija)|disocijacije]] i [[elementarna reakcija|elementarnih reakcija]] varijabilne kompozicije.

Za većinu aplikacija, takva detaljna analiza je prekomerna. Primeri situacija gde „efekti realnog gasa“ mogu da imaju značajan uticaj su ulazak [[Space Shuttle|Spejs Šatla]], gde su prisutne ekstremno visoke temperature i pritisci, ili gasovi proizvedeni tokom geoloških događanja kao što je erupcija [[Planina Redoubt|planine Redoubt]] prikazana na slici.

== Istorijska sinteza ==
{{see also|Gasni zakoni}}

=== Bojlov zakon ===
[[File:Boyle air pump.jpg|right|thumb|border|text-top|upright=0.9|Bojlova oprema.]]
{{Main|Bojlov zakon}}
Moguće je da je Bojlov zakon bio prvi izraz jednačine stanja. Godine 1662. [[Robert Bojl]] je izveo seriju eksperimenata koristeći cev J-oblika, koja je bila zatvorena na jednom kraju. Živa je dodavana u cev, čime je zarobljena fiksna količina vazduha u kratkom, zatvorenom kraju cevi. Zatim je zapremina gasa pažljivo merena dok je živa dodavana u cev. Pritisak gase se može odrediti iz razlike nivoa žive u kratkom i dugačkom otvorenom kraju cevi. Slika Bojlove opreme prikazuje neke od egzotičnih alata koje je on koristio u svojim izučavanjima gasova.

Putem tih eksperimenata, Bojl je uočio da pritisak izvršen na gas na konstantnoj temperaturi recipročno varira sa promenom zapremine gasa.<ref>McPherson, pp.52–55</ref> Na primer, ako se zapremina prepolovi, pritisak se udvostručuje; i ako se zapremina udvostruči, pritisak se prepolovljuje. Imajući u vidu inverzan odnos pritiska i zapremine, proizvod pritiska (''P'') i zapremine (''V'') je konstantan (''k'') za datu masu ograničenog gasa dokle god je temperatura konstantna. Izraženo formulom, to je:

:<math> PV = k </math>

Pošto se ranije i kasnije zapremine i pritisci odnose na fiksnu količinu gasa, dok je temperatura konstantna, može se napisati sledeća jednačina:

<math>\qquad P_1 V_1 = P_2 V_2.</math>

=== Čarlsov zakon ===
{{Main|Čarlsov zakon}}
Godine 1787, frencuski fizičar i pionir leta balonom, [[Jacques Charles|Žak Čarls]], utvrdio je da se kiseonik, azot, vodonik, ugljen dioksid, i vazduh šire u istoj meri preko intervala od 80 kelvina. On je uočio da je za idealni gas na konstantnom pritisku zapremina direktno proporcionalna temperaturi:

<math>\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}</math>

=== Gej-Lisakov zakon ===
{{Main|Gej-Lisakov zakon}}
Godine 1802, [[Joseph Louis Gay-Lussac|Gej Lisak]] je objavio rezultate sličnih, mada opširnijih eksperimenata.<ref>McPherson, pp.55–60</ref> Gej-Lisak je bio upoznat sa Čarlovim ranijim radom, te je imenovao zakon u njegovu čast. Gej-Lisakovo ime nosi zakon kojim se opisuje pritisak, koji je on objavio 1809. Po tom zakonu pritisak koji vrši idealni gas na zidove suda je proporcionalan sa temperatururom.
:<math> \frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}    \,</math>

=== Avogadrov zakon ===
{{Main|Avogadrov zakon}}
Godine 1811, Amedeo Avogadro je potvrdio da jednake zapremine čistog gasa sadrže isti broj čestica. Njegova teorija nije bila široko prihvaćena do 1858. kad je italijanski hemičar Stanislao Kanizaro objasnio neidealne izuzetke. Za njegov rad sa gasovima, broj koji nosi njegovo ime [[Avogadrova konstanta]] predstavlja broj atoma prisutnih u 12&nbsp;grama elementarnog ugljenika-12 (6,022×10<sup>23</sup> mol<sup>−1</sup>). Ovaj specifični broj gasovitih šestica, na standardnoj temperaturi i pritisku (zakon idealnih gasova) zauzima 22,40 litra, što se naziva [[molarna zapremina|molarnom zapreminom]].

Avogadrov zakon tvrdi da je zapremina zauzeta idealnim gasom proporcionalna broju [[mol (jedinica)|molova]] (ili molekula) prisutnih u sudu. Time se formuliše termin [[molarna zapremina|molarne zapremine]] gasa, koja na [[Standardni uslovi temperature i pritiska|STP]] je 22,4 dm<sup>3</sup> (ili [[litar|litra]]). Relacija je data sa

:<math>\frac{V_1}{n_1}=\frac{V_2}{n_2}    \,</math>

gde je n jednak broju molova gasa (broju molekula podeljenih [[Avogadrov broj|Avogadrovim brojem]]).

=== Daltonov zakon ===
[[File:Daltons symbols.gif|thumb|border|text-top|[[Džon Dalton|Daltonova]] notacija.]]

{{Main|Daltonov zakon}}
Godine 1801, [[John Dalton|Džon Dalton]] je objavio '''Zakon parcijalnih pritisaka''' na bazi svog rada na odnosima idealnih gasova: Pritisak smeše nereaktivnih gasova je jednak sumi pritisaka svih konstituentnih gasova pojedinačno. Matematički, to se može predstaviti za ''n'' vrsta kao:

'''''Pritisak<sub>total</sub> = Pritisak<sub>1</sub> + Pritisak<sub>2</sub> + ... + Pritisak<sub>n</sub>'''''

Slika Daltonovog žurnala prikazuje simbologiju koju je on koristion za koncizno ažuriranje puta koji je sledio. Među ključnim zapažanjima iz njegovog žurnala nakon mešanja nereaktivnih "elastičnih fluida" (gasova) je sledeće:<ref>{{cite book|pages=72, 77–78|author=John P. Millington|title=John Dalton|date=1906}}</ref>
*Za razliku od tečnosti, teži gasovi ne padaju na dno nakom mešanja.
*Identitet čestica gasa nema značaja u određivanju konačnog pritiska (oni se ponašaju kao da je veličina zanemarljiva).

== Specijalne teme ==

=== Kompresibilnost ===
[[File:Compressibility Factor of Air 75-200 K.png|right|thumb|border|text-top|upright=1.0|Faktori kompresibilnosti vazduha.]]
{{Main|Faktor kompresibilnosti}}

Termodinamičari koriste ovaj faktor (''Z'') da izmene jednačine idealnog gasa da bi uzeli u obzir efekte kompresibilnosti realnih gasova. Ovaj faktor predstavlja odnos stvarne i idealne specifične zapremine. On se ponekad naziva "fadž-faktorom" ili korekcijom da bi se proširio korisni opseg [[Jednačina stanja idealnog gasa|zakona idealnog gasa]] za upotrebu u dizajnu. ''Obično'' je vrednost ''Z'' veoma blizo jedinice. Grafik faktora kompresibilnosti ilustruje kako Z varira preko opsega veoma hladnih temperatura.

=== Rejnoldsov broj ===
{{Main|Rejnoldsov broj}}
U [[Mehanika fluida|mehanici fluida]], [[Rejnoldsov broj]] je odnos inercijalnih sila (''v<sub>s</sub>ρ'') i viskoznih sila (''μ/L''). To je jedan od najvažnijih bezdimenzionih brojeva u dinamic fluida, i obično se koristi zajedno sa drugim bezdimenzionim brojevima, da bi se omogućio kriterijum za oređivanje dinamičke sličnosti. Kao takav, Rejnoldsov broj pruža pruža vezu između rezultata modelovanja (dizajna) i stvarnih uslova na punoj skali. On se takođe može koristiti za karakterisanje protoka.

=== Viskozitet ===
[[File:Vortex-street-1.jpg|thumb|Satelitski pogled na vremenski patern vizcinity [[Juan Fernández (arhipelag)|Robinson Krusovih ostrva]] snimljen 15. septembra 1999, prikazuje jedinstveni turbulentni patern oblaka koji se naziva [[Karmanova ulica vrtloga]]]]
{{Main|Viskozitet}}
[[Viskozitet]] je fizičko svojstvo koje je mera stepena u kome susedni molekuli prijanjaju jedan za drugi. Čvrsta materija može da se odupre sili smicanja zahvaljujući jačini svojih intermolekulskih sila. Fluid se konstantno deformiše kad se podvrgne sličnom opterećenju. Dok gas ima nižu vrednost viskoziteta od tečnosti, viskozitet je još uvek uočljiv. Kad gasovi ne bi imali viskozitet, oni ne bi prijanjali za površinu krila i formiral granični sloj. Studija [[delta krilo|delta krila]] u [[Schlieren fotografija|Šlierenovoj]] slici prikazuje da čestice gasa prijanjaju jedna za drugu (pogledajte sekciju o graničnom sloju).

=== Turbulencija ===
[[File:Schlierenfoto Mach 17 Delta - NASA.jpg|thumb|[[Delta krilo]] u aerotunelu. Senke se formiraju pošto se indeksi refrakcije menjaju unutar gasa kad se on komprimuje na vodećoj ivici ovog krila.]]
{{Main|Turbulencija}}
U dinamici fluida, '''turbulencija''' ili turbulentni protok je režim protoka koji je karakterizovan haotičnim, stokastičkim promenama svojstava. To obuhvata nizak momenat difuzije, visoki momenat konvekcije, i brze varijacije pritiska i brzine u prostoru i vremenu. 

=== Granični sloj ===
{{Main|Granični sloj}}
Čestice imaju tendenciju da se zadržavaju na površini objekta koji se kreće kroz njih. Taj sloj čestica se naziva '''graničnim slojem'''. Na površini objekta, on je esencijalno statičan usled trenja sa površinom. Objekat, sa svojim graničnim slojem je efektivno ima novi oblik koji ostali molekuli  „vidi“ kad se objekat približava. Taj granični sloj ''može'' da odvoji površinu, esencijalnon kreirajući novu površinu i kompletno menjajući put protoka. Klasični primer toga je zaustavljajući aeroprofil. Slika delta krila jasno pokazuje zadebljavanje graničnog sloja pri protoku gasa s desna na levo, duž vodeće ivice.

=== Princip maksimalne entropije ===
{{Main|Princip maksimalne entropije}}
Kad se totalni broj stepena slobode približava beskonačnosti, sistem se nalazi u [[makrostanje|makrostanju]] koje korespondira najvišem [[multiplicitet (matematika)|multiplicitetu]]. Da bi se ilustrovao taj princip, pogledajte površinsku temperatu smrznute metalne šipke. Koristeći termalnu sliku površinske temperature, može se uočiti distribucija temperature na površini. To inicijalno opažanje temperature predstavlja "[[mikrostanje]]." U nekom budućem vremenu, druga obzervacija površinske temperature proizvodi drugo mikrostanje. Nastavljajući taj obzervacioni proces, moguće je proizvesti seriju mikrostanja kojom se ilustruje termalna istorija površine šiške. Karakterizacija ove serije istorije makrostanja je moguća putem biranja makrostanja koja ih uspešno klasifikuju u pojedinačne grupe.

=== Termodinamička ravnoteža ===
{{Main|Termodinamička ravnoteža}}
Kad prenos energije sa sistema prestane, to stanje se naziva termodinamičkom ravnotežom. Obično ti uslovi podrazumevanju da su sistem i okruženje na istoj temperaturi, tako da se toplota više ne prenosi između njih. To isto tako podrazumeva da su vanjske sile balansirane (da ne dolazi do promene zapremine), i da su sve [[Hemijska reakcija|hemijske reakcije]] unutar sistema kompletirane. Hronoligija tih događaja varira u zavisnosti od sistema u pitanju. Sudu od leda koji se topi na sobnoj temperaturi potrebni su sati, dok u [[Poluprovodnik|poluprovodnicima]] prenos toplote koji se odvija u tranziciju uređaja iz uključenog do isklučenog stanja može da bude reda nekoliko nanosekundi.

== Vidite još ==
* [[Plemeniti gasovi]]
* [[Efuzija]], vrsta protoka gasnih molekula
* [[Gasovi zelene bašte]]
* [[Prirodni gas]]
* [[Vulkanski gas]]
* [[Disanje]]
* [[Vetar]]

== Refrence ==
{{reflist|2}}

== Literatura ==
{{refbegin|2}}
* {{Cite book|author=Anderson, John D. |title=Fundamentals of aerodynamics|year=1984|isbn=0070016569|publisher=McGraw-Hill Higher Education|ref=harv}}
* {{Cite book |last=John|first=James|title= Gas Dynamics|year=1984|publisher=Allyn and Bacon|isbn=0-205-08014-6|ref=harv}}
* {{Cite book|author=McPherson, William and Henderson, William |title=An Elementary study of chemistry|year=1917|ref=harv}}
* Philip Hill and Carl Peterson. ''Mechanics and Thermodynamics of Propulsion: Second Edition'' Addison-Wesley, 1992. ISBN 0-201-14659-2
* National Aeronautics and Space Administration (NASA). [http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/Animation/frglab.html Animated Gas Lab]. Accessed February, 2008.
* Georgia State University. [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html HyperPhysics]. Accessed February, 2008.
* Antony Lewis [http://www.wordwebonline.com/en/GASEOUSSTATE WordWeb]. Accessed February, 2008.
* Northwestern Michigan College [http://www.nmc.edu/~bberthelsen/c9n03.htm The Gaseous State]. Accessed February, 2008.
{{refend}}

== Vanjske veze ==
{{Commonscat|Gases}}


[[Kategorija:Fundamentalni koncepti fizike]]
[[Kategorija:Agregatna stanja]]
[[Kategorija:Dinamika fluida]]
[[Kategorija:Gasovi]]