Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Az ideális gáz törvény
- Mi lenne, ha a gáz nem ideális?
- Hogyan változik a nyomás a hőmérséklettől?
A folyékony vagy szilárd molekulákkal szemben a gázban lévők szabadon mozoghatnak abban a térben, amelyben ezeket korlátozod. Körberepülnek, alkalmanként ütköznek egymással és a tartály falain. A tartály falára gyakorolt kollektív nyomás az energiamennyiségtől függ. Energiat nyernek a környezetükben lévő hőből, tehát ha a hőmérséklet megemelkedik, akkor a nyomás is. Valójában a két mennyiséget az ideális gáz törvény szabályozza.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
Merev tartályokban a gáz nyomása közvetlenül függ a hőmérséklettől. Ha a tartály nem merev, mind az térfogat, mind a nyomás a hőmérséklettől függ, az ideális gázszabály szerint.
Az ideális gáz törvény
Az évek során számos ember kísérleti munkájából származott, az ideális gáz törvény a Boyles-törvényből, valamint a Károly és a Gay-Lussac törvényből következik. Az előbbi kijelenti, hogy egy adott hőmérsékleten (T) a gáz nyomása (P) szorozva az általunk elfoglalt térfogattal (V) állandó. Ez utóbbi azt mondja nekünk, hogy ha a gáz (n) tömegét állandó értéken tartjuk, akkor a térfogat közvetlenül arányos a hőmérséklettel. Végső formájában az ideális gáz törvény kimondja:
PV = nRT, ahol R állandó, amelyet ideális gázállandónak nevezünk.
Ha állandóan tartja a gáz tömegét és a tartály térfogatát, ez a kapcsolat azt mutatja, hogy a nyomás közvetlenül a hőmérséklettől függ. Ha különféle hőmérsékleti és nyomásértékeket ábrázolna, akkor a grafikon egyenes vonalú lesz, pozitív meredekséggel.
Mi lenne, ha a gáz nem ideális?
Az ideális gáz az, amelyben feltételezik, hogy a részecskék tökéletesen rugalmasak és nem vonzzák és nem taszítják egymást. Ezenkívül feltételezik, hogy maguk a gázrészecskék nem tartalmaznak térfogatot. Noha valódi gáz nem felel meg ezeknek a feltételeknek, sokan elég közel állnak ahhoz, hogy lehetővé tegyék e kapcsolat alkalmazását. Mindazonáltal figyelembe kell vennie a valós tényezőket, amikor a gáz nyomása vagy tömege nagyon magas lesz, vagy a térfogata és hőmérséklete nagyon alacsony lesz. A legtöbb szobahőmérsékleten történő alkalmazáshoz az ideális gázszabály a legtöbb gáz viselkedésének elég jó hozzávetőleges közelítést biztosít.
Hogyan változik a nyomás a hőmérséklettől?
Mindaddig, amíg a gáz térfogata és tömege állandó, a nyomás és a hőmérséklet közötti kapcsolat P = KT lesz, ahol K egy állandó, amely a gáz térfogatából, mol molszámából és az ideális gázállandóból származik. Ha merev falakkal ellátott tartályba tesz egy ideális gázviszonyokat kielégítő gázt, így a térfogati túlemelkedés megváltozik, lezárja a tartályt, és megméri a nyomást a tartály falára, látni fogja, hogy ez csökkenni fog, amikor a hőmérsékletet csökkenti. Mivel ez a kapcsolat lineáris, csak két hőmérsékleti és nyomásmérésre van szükség ahhoz, hogy húzzon egy vonalat, ahonnan az adott hőmérsékleten extrapolálhatja a gáz nyomását.
Ez a lineáris kapcsolat nagyon alacsony hőmérsékleten romlik, amikor a gázmolekulák tökéletlen rugalmassága elég fontos ahhoz, hogy befolyásolja az eredményeket, de a nyomás továbbra is csökkenni fog, amikor csökkenti a hőmérsékletet. A kapcsolat nemlineáris lesz akkor is, ha a gázmolekulák elég nagyok ahhoz, hogy kizárják a gáz ideális besorolását.