Conţinut
- TL; DR (Prea lung; nu a citit)
- Presiunea aerului și volumul: legea Boyles
- Temperatura și volumul aerului: Charles Law
- Presiune, temperatură și volum: legea gazelor combinate
- Legea gazelor ideale
Imaginați-vă că sunteți un scufundător și trebuie să calculați capacitatea de aer a rezervorului dvs. Sau imaginați-vă că ați aruncat un balon la o anumită dimensiune și vă întrebați cum este presiunea în interiorul balonului. Sau să presupunem că comparați timpul de gătit al unui cuptor obișnuit și al unui cuptor de prăjit. De unde incepi?
Toate aceste întrebări au legătură cu volumul de aer și relația dintre presiunea, temperatura și volumul aerului. Și da, sunt înrudite! Din fericire, există o serie de legi științifice deja elaborate pentru a face față acestor relații. Trebuie doar să înveți cum să le aplici. Numim aceste legi Legile gazelor.
TL; DR (Prea lung; nu a citit)
Legile privind gazele sunt:
Legea Boyles: P1V1 = P2V2.
Charles Law: P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, unde T este în Kelvin.
Legea gazelor combinate: P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, unde T este în Kelvin.
Legea gazelor ideale: PV = nRT, (măsurători în unități SI).
Presiunea aerului și volumul: legea Boyles
Legea Boyles definește relația dintre un volum de gaz și presiunea sa. Gândiți-vă la acest lucru: dacă luați o cutie plină de aer și apoi o apăsați până la jumătate din dimensiunea ei, moleculele de aer vor avea mai puțin spațiu pentru a se deplasa și se vor împiedica unul pe celălalt. Aceste coliziuni ale moleculelor de aer unele cu altele și cu laturile containerului sunt cele care creează presiunea aerului.
Legea Boyles nu ia în considerare temperatura, deci temperatura trebuie să fie constantă pentru a-l folosi.
Legea Boyles afirmă că, la o temperatură constantă, volumul unei anumite mase (sau cantități) de gaz variază invers cu presiunea.
În formă de ecuație, asta este:
P1 x V1 = P2 x V2
unde P1 și V1 sunt volumul inițial și presiunea și P2 și V2 sunt noul volum și presiune.
Exemplu: Să presupunem că proiectați un rezervor de scuba unde presiunea aerului este de 3000 psi (lire pe inch inch) și volumul (sau „capacitatea”) rezervorului este de 70 de metri cubi. Dacă decideți să faceți mai degrabă un rezervor cu o presiune mai mare de 3500 psi, care ar fi volumul rezervorului, presupunând că îl umpleți cu aceeași cantitate de aer și că mențineți temperatura la fel?
Conectați valorile date în legea Boyles:
3000 psi x 70 ft3 = 3500 psi x V2
Simplificați, apoi izolați variabila pe o parte a ecuației:
210.000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210.000 psi x ft3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 ft3 = V2
Deci, a doua versiune a rezervorului dvs. de scuba ar fi de 60 de metri cubi.
Temperatura și volumul aerului: Charles Law
Dar relația dintre volum și temperatură? Temperaturile mai ridicate fac ca moleculele să se accelereze, ciocnind din ce în ce mai greu cu laturile containerului lor și împingându-l spre exterior. Charles Law oferă matematica pentru această situație.
Charles Law afirmă că la o presiune constantă, volumul unei mase (cantități) date de gaz este direct proporțional cu temperatura (absolută) a acestuia.
Sau V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
Pentru Charles Law, presiunea trebuie să fie menținută constantă, iar temperatura trebuie măsurată la Kelvin.
Presiune, temperatură și volum: legea gazelor combinate
Acum, dacă aveți presiune, temperatură și volum, toate împreună în aceeași problemă? Există o regulă și pentru asta. Legea gazelor combinate preia informațiile de la Boyles Law și Charles Law și le îmbină pentru a defini un alt aspect al relației presiune-temperatură-volum.
Legea gazelor combinate afirmă că volumul unei cantități date de gaz este proporțional cu raportul dintre temperatura Kelvin și presiunea sa. Suna complicat, dar aruncați o privire la ecuație:
P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
Din nou, temperatura trebuie măsurată în Kelvin.
Legea gazelor ideale
O ecuație finală referitoare la aceste proprietăți ale unui gaz este Legea gazelor ideale. Legea este dată de următoarea ecuație:
PV = nRT,
unde P = presiune, V = volum, n = numărul de aluniți, R este constantă de gaz universal, care este egală cu 0,0821 L-atm / mol-K, iar T este temperatura în Kelvin. Pentru a corecta toate unitățile, va trebui să vă convertiți la Unități SI, unitățile standard de măsură în cadrul comunității științifice. Pentru volum, adică litri; pentru presiune, atm; iar pentru temperatură, Kelvin (n, numărul de aluniți, este deja în unități SI).
Această lege se numește legea „ideală” a gazelor, deoarece presupune că calculele se referă la gaze care respectă regulile. În condiții extreme, cum ar fi caldul sau frigul extrem, unele gaze pot acționa diferit decât ar sugera Legea gazelor ideale, dar, în general, este sigur să presupunem că calculele dvs. folosind legea vor fi corecte.
Acum cunoașteți mai multe moduri de a calcula volumul de aer în diferite circumstanțe.