Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Légnyomás és térfogat: Boyles törvény
- Levegő hőmérséklete és térfogata: Károly törvény
- Nyomás, hőmérséklet és térfogat: a kombinált gázról szóló törvény
- Az ideális gáz törvény
Képzelje el, hogy búvár vagy, és ki kell számítania a tartály légkapacitását. Vagy képzelje el, hogy felfújott egy ballont egy bizonyos méretre, és azon gondolkodik, milyen a nyomás a ballon belsejében. Vagy tegyük fel, hogy összehasonlítja a normál sütő és a kenyérpirító sütési idejét. Hol kezdje?
Ezeknek a kérdéseknek a levegőmennyiséggel, valamint a levegőnyomás, a hőmérséklet és a térfogat közötti kapcsolatgal kell kapcsolatba kerülniük. És igen, kapcsolatban állnak egymással! Szerencsére már számos tudományos törvény kidolgozásra került ezeknek a kapcsolatoknak a kezelésére. Csak meg kell tanulnia, hogyan kell ezeket alkalmazni. Ezeket a törvényeket gáz törvényeknek hívjuk.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
A Gáz törvények vannak:
Boyles törvény: P1V1 = P2V2.
Charles törvény: P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, ahol T Kelvinben van.
Kombinált gáz törvény: P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, ahol T Kelvinben van.
Ideális gáz törvény: PV = nRT, (mérések SI-egységekben).
Légnyomás és térfogat: Boyles törvény
A Boyles-törvény meghatározza a gázmennyiség és a nyomás közötti kapcsolatot. Gondoljon erre: Ha beteszi egy doboz tele levegőt, majd a méretének felére nyomja le, akkor a levegő molekuláinak kevesebb mozgástere van, és sokkal jobban ütköznek egymásba. A levegőmolekulák ezeknek az ütközéseknek egymással és a tartály oldalaival képesek létrehozni a légnyomást.
A Boyles törvény nem veszi figyelembe a hőmérsékletet, tehát a a hőmérsékletnek állandónak kell lennie annak felhasználása érdekében.
Boyles törvény kijelenti, hogy állandó hőmérsékleten egy bizonyos gáztömeg (vagy -mennyiség) térfogata fordítva változik a nyomás függvényében.
Az egyenlet formájában:
P1 x V1 = P2 x V2
ahol P1 és V.1 a kezdeti térfogat és nyomás, valamint P2 és V.2 az új térfogat és nyomás.
Példa: Tegyük fel, hogy olyan akváriumtartályt tervez, ahol a légnyomás 3000 psi (font / négyzet hüvelyk), és a tartály térfogata (vagy „kapacitása”) 70 köbméter. Ha inkább úgy dönt, hogy inkább egy 3500 psi-nél nagyobb nyomású tartályt készít, akkor mekkora lenne a tartály térfogata, ha feltételezzük, hogy ugyanazzal a levegővel tölti fel és a hőmérsékletet ugyanolyannak tartja?
Csatlakoztassa az adott értékeket a Boyles törvényhez:
3000 psi x 70 ft3 = 3500 psi x V2
Egyszerűsítse, majd szigetelje el a változót az egyik oldalon az egyenlettel:
210 000 psi x láb3 = 3500 psi x V2
(210 000 psi x láb3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 láb3 = V2
Tehát a búvár tartályának második változata 60 köbméter legyen.
Levegő hőmérséklete és térfogata: Károly törvény
Mi a helyzet a térfogat és a hőmérséklet között? A magasabb hőmérsékletek miatt a molekulák felgyorsulnak, egyre nehezebben ütköznek a tartályuk oldalával, és kifelé nyomják. Charles Law adja meg a helyzet matematikáját.
Charles törvény kijelenti, hogy állandó nyomáson az adott gáz tömegének (mennyiségének) térfogata közvetlenül arányos annak (abszolút) hőmérsékletével.
Vagy V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
A Charles Law szerint a nyomást állandó értéken kell tartani, és a hőmérsékletet Kelvinben kell mérni.
Nyomás, hőmérséklet és térfogat: a kombinált gázról szóló törvény
Mi van, ha a nyomás, a hőmérséklet és a térfogat ugyanabban a problémában van együtt? Erre is szabály van. A Kombinált gáz törvény átveszi a Boyles Law és a Charles Law információkat, és összekapcsolja azokat a nyomás-hőmérséklet-térfogat kapcsolat egy másik aspektusának meghatározása céljából.
A Kombinált gáz törvény kijelenti, hogy egy adott gázmennyiség arányos a kelvin hőmérséklete és a nyomása arányával. Ez bonyolultnak hangzik, de vessünk egy pillantást az egyenletre:
P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
A hőmérsékletet ismét Kelvinben kell mérni.
Az ideális gáz törvény
A gáz ezen tulajdonságaira vonatkozó végső egyenlet a Ideális gáz törvény. A törvényt az alábbi egyenlet adja:
PV = nRT,
ahol P = nyomás, V = térfogat, n = molszám, R jelentése a univerzális gázállandó, amely megegyezik 0,0821 L-atm / mol-K-val, és T a hőmérséklet Kelvinben. Annak érdekében, hogy az összes egység helyes legyen, konvertálnia kell SI egységek, a tudományos közösségen belüli szokásos mértékegységeket. A térfogatértéke liter; nyomáshoz, atm; és a hőmérséklet szempontjából Kelvin (n, a molok száma már SI-egységekben kifejezve).
Ezt a törvényt nevezzük "ideális" gázszabálynak, mivel feltételezi, hogy a számítások olyan gázokra vonatkoznak, amelyek a szabályokat követik. Szélsőséges körülmények között, például szélsőségesen meleg vagy hideg körülmények között, egyes gázok eltérően viselkedhetnek, mint azt az ideális gázról szóló törvény javasolja, ám általában biztonságos azt feltételezni, hogy a törvény szerinti számítások helyesek lesznek.
Most már többféle módon tudja kiszámítani a levegő mennyiségét különféle körülmények között.