Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Налягане на въздуха и обем: закон за момчетата
- Температура и обем на въздуха: Чарлз закон
- Налягане, температура и обем: Законът за комбинирания газ
- Законът за идеалния газ
Представете си, че сте водолаз и трябва да изчислите въздушния капацитет на вашия резервоар. Или си представете, че сте взривили балон до определен размер и се чудите какво е налягането вътре в балона. Или да предположим, че сравнявате времето за готвене на обикновена фурна и тостер. Откъде да започнете?
Всички тези въпроси са свързани с обема на въздуха и връзката между налягането на въздуха, температурата и обема. И да, те са свързани! За щастие има редица научни закони, които вече са разработени за справяне с тези взаимоотношения. Просто трябва да се научите как да ги прилагате. Ние наричаме тези закони газовите закони.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Най- Газови закони са:
Закон за момчета: P1V1 = P2V2.
Чарлз закон: P1 ÷ т1 = P2 ÷ T2, където Т е в Келвин.
Закон за комбинирания газ: P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, където Т е в Келвин.
Закон за идеалния газ: PV = nRT, (измервания в единици SI).
Налягане на въздуха и обем: закон за момчетата
Законът на Boyles определя връзката между обема на газ и неговото налягане. Помислете за това: ако вземете кутия, пълна с въздух, и след това я натиснете до половината от нейния размер, въздушните молекули ще имат по-малко пространство за движение и ще се нахвърлят една в друга много повече. Тези сблъсъци на въздушни молекули помежду си и със страните на контейнера са това, което създава въздушно налягане.
Законът за момчетата не взема предвид температурата, така че температурата трябва да е постоянна за да го използвате.
Закон за момчета заявява, че при постоянна температура обемът на определена маса (или количество) газ варира обратно на налягането.
Във форма на уравнение, това:
P1 x V1 = P2 x V2
където P1 и V1 са първоначалният обем и налягане и P2 и V2 са новият обем и налягане.
пример: Да предположим, че сте проектирали резервоар за гмуркане, където налягането на въздуха е 3000 psi (фунта на квадратен инч), а обемът (или "капацитетът") на резервоара е 70 кубически фута. Ако решите по-скоро да направите резервоар с по-високо налягане от 3500 psi, какъв би бил обемът на резервоара, ако приемете, че го пълните със същото количество въздух и температурата поддържа същата?
Включете зададените стойности в закон на Boyles:
3000 psi х 70 фута3 = 3500 psi x V2
Опростете, след това изолирайте променливата от едната страна уравнението:
210 000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210 000 psi x фута3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 фута3 = V2
Така че втората версия на вашия аквариум ще бъде 60 кубически фута.
Температура и обем на въздуха: Чарлз закон
Какво ще кажете за връзката между обема и температурата? По-високите температури правят молекулите да се ускоряват, да се сблъскват по-силно и по-трудно със страните на контейнера си и да го избутат навън. Чарлз Лоу дава математиката за тази ситуация.
Чарлз Лоу заявява, че при постоянно налягане обемът на дадена маса (количество) газ е пряко пропорционален на неговата (абсолютна) температура.
Или V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
За Чарлз Лоу налягането трябва да се поддържа постоянно и температурата трябва да се измерва в Келвин.
Налягане, температура и обем: Законът за комбинирания газ
Какво ще стане, ако имате налягане, температура и обем всички заедно в един и същ проблем? Има правило и за това. Най- Закон за комбинирания газ взема информацията от закона на Бойлс и Чарлз Лоу и ги свързва заедно, за да определи друг аспект на връзката налягане - температура и обем.
Най- Закон за комбинирания газ заявява, че обемът на дадено количество газ е пропорционален на съотношението на неговата температура на Келвин и налягането му. Това звучи сложно, но погледнете уравнението:
P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
Отново температурата трябва да се измерва в Келвин.
Законът за идеалния газ
Едно окончателно уравнение, свързано с тези свойства на газ, е Закон за идеалния газ, Законът е даден със следното уравнение:
PV = nRT,
където P = налягане, V = обем, n = брой молове, R е универсална газова константа, което се равнява на 0,0821 L-atm / mol-K, а T е температурата в Келвин. За да коригирате всички единици правилно, ще трябва да конвертирате SI единици, стандартните мерни единици в научната общност. За обем, този литър; за налягане, атм; и за температура, Келвин (n, броят на бенките, вече е в единици SI).
Този закон се нарича „Идеалният“ закон за газ, тъй като предполага, че изчисленията се отнасят до газове, които следват правилата. При екстремни условия, като изключително горещи или студени, някои газове могат да действат по различен начин, отколкото би предложил Законът за идеалния газ, но като цяло е безопасно да се предполага, че вашите изчисления, използващи закона, ще бъдат правилни.
Сега знаете няколко начина за изчисляване на обема на въздуха при различни обстоятелства.