kaasujärjestelmässä

Kaasujärjestelmä on termodynaaminen järjestelmä, jonka ainesosana on kaasu tai kaasuseos, ja joka rajataan ympäristöä vasten määritellyllä rajapinnalla. Järjestelmän tila määritellään päätilamuuttujilla: paine p, tilavuus V, lämpötila T sekä ainemäärä n (tai molaarinen koostumus seoksessa). Ideaalikaasun tilanyhtälö pV = nRT kuvaa tilaa tilanteessa, jossa molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat vähäisiä. Todellisuudessa käytetään tilayhtälöitä kuten van der Waals tai tilan muuttuvaa kompressiokertoimen Z avulla. Seoksissa voidaan soveltaa Daltonin lakia, jossa osapaineet p_i = x_i p.

Prosessit kaasujärjestelmässä luonnehtivat tilan muutoksen reittiä: isoterminen (T pysyy vakiona), isobaarinen (paine p pysyy vakiona), isokoorinen (tilavuus V pysyy vakiona) sekä adiabaattinen (δQ = 0). Ensimmäinen pääsääntö dU = δQ − δW kuvaa energian säilymistä; tyypillinen työ on δW = p dV quasi-staattisessa prosessissa.

Järjestelmän sisäenergia U riippuu pääasiassa lämpötilasta ideaalikaasun tapauksessa; todellisuudessa U voi riippua myös tilavuudesta ja koostumuksesta. Entalpia H = U + pV ja Gibbsin vapaa energia G = H − TS ovat hyödyllisiä suureita, kun tarkastellaan prosessien tasapainoa ja tasapainomuutoksia.

Kaasujärjestelmät ovat keskeisiä lämpövoimakoneissa, säiliöiden ja siirtolaitteiden suunnittelussa sekä kemian- ja energiantuotannon prosesseissa, joissa paineen, tilavuuden ja lämpötilan hallinta on olennaista.