Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Πίεση και Όγκος Αέρα: Νόμος Boyles
- Θερμοκρασία και Όγκος Αέρα: Charles Law
- Πίεση, Θερμοκρασία και Όγκος: Ο Νόμος περί Συνδυασμένου Αερίου
- Ο νόμος περί ιδανικού αερίου
Φανταστείτε ότι είστε ένας αναρριχητικός, και πρέπει να υπολογίσετε την χωρητικότητα της δεξαμενής. Ή φανταστείτε ότι έχετε ανατινάξει ένα μπαλόνι σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος και αναρωτιέστε τι είναι η πίεση μέσα στο μπαλόνι. Ή ας υποθέσουμε ότι συγκρίνετε τους χρόνους μαγειρέματος ενός κανονικού φούρνου και ενός φούρνου φρυγανιέρα. Από πού ξεκινάτε;
Όλες αυτές οι ερωτήσεις έχουν να κάνουν με τον όγκο του αέρα και τη σχέση μεταξύ πίεσης αέρα, θερμοκρασίας και όγκου. Και ναι, είναι συγγενείς! Ευτυχώς, υπάρχουν ορισμένοι επιστημονικοί νόμοι που έχουν ήδη καταρτιστεί για την αντιμετώπιση αυτών των σχέσεων. Απλά πρέπει να μάθετε πώς να τα εφαρμόζετε. Ονομάζουμε αυτούς τους νόμους τους νόμους περί αερίου.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
ο Νόμους για το φυσικό αέριο είναι:
Νόμος Boyles: Π1V1 = Ρ2V2.
Charles Law: Π1 ÷ Τ1 = Ρ2 ÷ T2, όπου το Τ είναι σε Kelvin.
Νόμος περί συνδυασμένου αερίου: Π1V1 ÷ T1 = Ρ2V2 ÷ T2, όπου το Τ είναι σε Kelvin.
Νόμος περί ιδανικού αερίου: PV = nRT, (μετρήσεις σε μονάδες SI).
Πίεση και Όγκος Αέρα: Νόμος Boyles
Ο νόμος Boyles ορίζει τη σχέση μεταξύ ενός όγκου αερίου και της πίεσής του. Σκεφτείτε αυτό: Εάν πάρετε ένα κουτί γεμάτο αέρα και στη συνέχεια πιέστε το μέχρι το μισό του μεγέθους, τα μόρια του αέρα θα έχουν λιγότερο χώρο για να κινηθούν και θα χτυπήσουν το ένα στο άλλο πολύ περισσότερο. Αυτές οι συγκρούσεις μορίων αέρα μεταξύ τους και με τις πλευρές του δοχείου είναι εκείνες που δημιουργούν πίεση αέρα.
Ο νόμος Boyles δεν λαμβάνει υπόψη την θερμοκρασία, οπότε ο η θερμοκρασία πρέπει να είναι σταθερή για να το χρησιμοποιήσετε.
Νόμος Boyles δηλώνει ότι, σε μια σταθερή θερμοκρασία, ο όγκος μίας μάζας (ή ποσότητας) αερίου ποικίλει αντιστρόφως με την πίεση.
Σε μορφή εξίσωσης, thats:
Π1 x V1 = Ρ2 x V2
όπου P1 και V1 είναι ο αρχικός όγκος και η πίεση και P2 και V2 είναι ο νέος όγκος και η πίεση.
Παράδειγμα: Ας υποθέσουμε ότι σχεδιάζετε μια δεξαμενή όπου η πίεση αέρα είναι 3000 psi και ο όγκος (ή η "χωρητικότητα") της δεξαμενής είναι 70 κυβικά πόδια. Αν αποφασίσετε να κάνετε μια δεξαμενή με μεγαλύτερη πίεση 3500 psi, ποιος θα είναι ο όγκος της δεξαμενής, υποθέτοντας ότι γεμίζετε με την ίδια ποσότητα αέρα και διατηρείτε τη θερμοκρασία ίδια;
Συνδέστε τις δεδομένες τιμές στο νόμο Boyles:
3000 psi x 70 ft3 = 3500 psi x V2
Απλοποιήστε και, στη συνέχεια, απομονώστε τη μεταβλητή στη μία πλευρά της εξίσωσης:
210.000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210.000 psi x ft3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 πόδια3 = V2
Έτσι, η δεύτερη έκδοση της δεξαμενής θα είναι 60 κυβικά πόδια.
Θερμοκρασία και Όγκος Αέρα: Charles Law
Τι γίνεται με τη σχέση μεταξύ όγκου και θερμοκρασίας; Υψηλότερες θερμοκρασίες κάνουν τα μόρια να επιταχύνουν, συγκλονίζοντας σκληρότερα και σκληρότερα με τις πλευρές του δοχείου τους και ωθώντας το προς τα έξω. Ο Charles Law δίνει τα μαθηματικά για αυτή την κατάσταση.
Charles Law δηλώνει ότι σε μια σταθερή πίεση, ο όγκος μίας δεδομένης μάζας (ποσότητας) αερίου είναι ευθέως ανάλογος προς την (απόλυτη) θερμοκρασία του.
Ή V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
Για τον Charles Law, η πίεση πρέπει να διατηρείται σταθερή και η θερμοκρασία πρέπει να μετράται σε Kelvin.
Πίεση, Θερμοκρασία και Όγκος: Ο Νόμος περί Συνδυασμένου Αερίου
Τώρα, τι γίνεται αν έχετε πίεση, θερμοκρασία και όγκο μαζί στο ίδιο πρόβλημα; Υπάρχει ένας κανόνας και γι 'αυτό. ο Νόμος περί συνδυασμένου αερίου παίρνει τις πληροφορίες από το νόμο Boyles και τον Charles Law και τα βάζει μαζί για να καθορίσουν μια άλλη πτυχή της σχέσης πίεσης-θερμοκρασίας-όγκου.
ο Νόμος περί συνδυασμένου αερίου δηλώνει ότι ο όγκος μιας δεδομένης ποσότητας αερίου είναι ανάλογος προς την αναλογία της θερμοκρασίας του Kelvin και της πίεσης του. Αυτό ακούγεται περίπλοκο, αλλά ρίξτε μια ματιά στην εξίσωση:
Π1V1 ÷ T1 = Ρ2V2 ÷ T2.
Και πάλι, η θερμοκρασία πρέπει να μετράται σε Kelvin.
Ο νόμος περί ιδανικού αερίου
Μία τελική εξίσωση που σχετίζεται με αυτές τις ιδιότητες ενός αερίου είναι η Νόμος περί ιδανικού αερίου. Ο νόμος δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση:
PV = nRT,
όπου P = πίεση, V = όγκος, n = αριθμός γραμμομορίων, R είναι το καθολική σταθερά αερίου, που ισούται με 0,0821 L-atm / mole-K, και Τ είναι η θερμοκρασία σε Kelvin. Για να έχετε όλες τις μονάδες σωστές, θα χρειαστεί να μετατρέψετε σε Μονάδες SI, τις τυπικές μονάδες μέτρησης εντός της επιστημονικής κοινότητας. Για όγκο, thats λίτρα? για πίεση, atm; και για τη θερμοκρασία, ο Kelvin (n, ο αριθμός των mole, είναι ήδη σε μονάδες SI).
Ο νόμος αυτός ονομάζεται "ιδανικός" νόμος για το φυσικό αέριο επειδή υποθέτει ότι οι υπολογισμοί ασχολούνται με τα αέρια που ακολουθούν τους κανόνες. Υπό ακραίες συνθήκες, όπως το υπερβολικό ζέσταμα ή το κρύο, μερικά αέρια μπορεί να ενεργούν διαφορετικά από ό, τι θα πρότεινε ο νόμος για το ιδανικό αέριο, αλλά γενικά είναι ασφαλές να υποθέσουμε ότι οι υπολογισμοί σας χρησιμοποιώντας το νόμο θα είναι σωστοί.
Τώρα γνωρίζετε διάφορους τρόπους για τον υπολογισμό του όγκου αέρα υπό διάφορες συνθήκες.