Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Õhurõhk ja -maht: Boylesi seadus
- Õhutemperatuur ja -maht: Charles'i seadus
- Rõhk, temperatuur ja maht: kombineeritud gaasi seadus
- Ideaalse gaasi seadus
Kujutage ette, et olete sukelduja ja peate arvutama oma paagi õhumahu. Või kujutage ette, et olete õhupalli teatud suurusesse õhutanud ja mõtlete, milline on õhupalli rõhk. Või oletame, et võrdlete tavalise ahju ja rösteri ahju küpsetusaegu. Kust alustada?
Kõik need küsimused on seotud õhu mahu ning õhurõhu, temperatuuri ja ruumala vahelise seosega. Ja jah, nad on omavahel seotud! Õnneks on nende suhete käsitlemiseks juba välja töötatud terve rida teadusseadusi. Peate lihtsalt õppima, kuidas neid rakendada. Me nimetame neid seadusi gaasiseaduseks.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Gaasiseadused on:
Boylesi seadus: P1V1 = P2V2.
Charles'i seadus: Lk1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, kus T on Kelvinis.
Kombineeritud gaasi seadus: Lk1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, kus T asub Kelvinis.
Ideaalse gaasi seadus: PV = nRT (mõõtmised SI ühikutes).
Õhurõhk ja -maht: Boylesi seadus
Boylesi seadus määratleb seose gaasi mahu ja selle rõhu vahel. Mõelge sellele: kui võtate kasti õhku täis ja surute selle siis poole väiksemaks, siis on õhumolekulidel vähem ruumi liikumiseks ja nad põrkuvad üksteisesse palju rohkem. Õhurõhku loovad sellised õhumolekulide kokkupõrked üksteise ja konteineri külgedega.
Boyles'i seadus ei arvesta temperatuuri, seega temperatuur peab olema konstantne et seda kasutada.
Boylesi seadus väidab, et püsival temperatuuril varieerub teatud gaasi massi (või koguse) maht vastupidiselt rõhule.
Võrrandi kujul on:
Lk1 x V1 = P2 x V2
kus P1 ja V1 on algmaht ja rõhk ning P2 ja V2 on uus maht ja rõhk.
Näide: Oletame, et projekteerite akvaariumi, kus õhurõhk on 3000 psi (naela ruuttolli kohta) ja paagi maht (või "maht") on 70 kuupjalga. Kui otsustate pigem teha paagi, mille rõhk on suurem kui 3500 psi, siis milline oleks paagi maht, kui täidate selle sama koguse õhuga ja hoiate temperatuuri sama?
Ühendage antud väärtused Boylesi seadusega:
3000 psi x 70 jalga3 = 3500 psi x V2
Lihtsustage ja eraldage muutuja ühelt poolt võrrand:
210 000 psi x jalga3 = 3500 psi x V2
(210 000 psi x jalga3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 jalga3 = V2
Nii et teie akvaariumi teine versioon oleks 60 kuupjalga.
Õhutemperatuur ja -maht: Charles'i seadus
Aga mahu ja temperatuuri suhe? Kõrgemad temperatuurid muudavad molekulid kiiremaks, põrkudes oma anuma külgedega üha raskemaks ja lükates seda väljapoole. Charles Law annab sellele olukorrale matemaatika.
Charles'i seadus väidab, et püsival rõhul on antud gaasi massi (koguse) maht otseselt võrdeline selle (absoluutse) temperatuuriga.
Või V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
Charles Law'i kohaselt tuleb rõhku hoida konstantsena ja temperatuuri tuleks mõõta Kelvinites.
Rõhk, temperatuur ja maht: kombineeritud gaasi seadus
Mis siis saab, kui teil on rõhk, temperatuur ja maht ühes ja samas probleemis? Ka seal on reegel. Kombineeritud gaasi seadus võtab Boyles Law ja Charles Law teabe ning ühendab need omavahel, et määratleda rõhu, temperatuuri ja ruumala suhte veel üks aspekt.
Kombineeritud gaasi seadus väidab, et antud gaasikoguse maht on võrdeline selle Kelvini temperatuuri ja rõhu suhtega. See kõlab keeruline, kuid vaadake võrrandit:
Lk1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
Jällegi tuleks temperatuuri mõõta kelvinites.
Ideaalse gaasi seadus
Gaasi neid omadusi käsitlev viimane võrrand on: Ideaalse gaasi seadus. Seadus antakse järgmise võrrandi abil:
PV = nRT,
kus P = rõhk, V = maht, n = moolide arv, R on universaalne gaasikonstant, mis võrdub 0,0821 L-atm / mool-K ja T on temperatuur Kelvinites. Kõigi ühikute õigeks saamiseks peate konverteerima SI ühikud, teadusringkondade sisesed standardsed mõõtühikud. Mahu osas on see liitrit; rõhu jaoks, atm; ja temperatuuri jaoks Kelvin (n, moolide arv, on juba SI ühikutes).
Seda seadust nimetatakse "ideaalseks" gaasiseaduseks, kuna see eeldab, et arvutused käsitlevad reeglitele vastavaid gaase. Äärmuslikes tingimustes, nagu eriti kuum või külm, võivad mõned gaasid käituda erinevalt, kui ideaalse gaasi seadus soovitab, kuid üldiselt on ohutu eeldada, et teie seadust kasutavad arvutused on õiged.
Nüüd teate mitu võimalust õhukoguse arvutamiseks erinevatel asjaoludel.