Законът за идеалния газ е математическо уравнение, което можете да използвате за решаване на проблеми, свързани с температурата, обема и налягането на газовете. Въпреки че уравнението е приблизително, то е много добро и е полезно за широк спектър от условия. Той използва две тясно свързани форми, които отчитат количеството газ по различни начини.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Законът за идеалния газ е PV = nRT, където P = налягане, V = обем, n = брой молове газ, T е температура и R е константа на пропорционалност, обикновено 8.314. Уравнението ви позволява да решавате практически задачи с газове.
Реално срещу Идеален газ
Справяте се с газове в ежедневието, като въздуха, който дишате, хелия в парти балон или метана, "природния газ", който използвате за готвене на храна. Тези вещества имат много сходни общи свойства, включително по начина, по който реагират на натиск и топлина. При много ниски температури обаче повечето реални газове се превръщат в течност. За сравнение идеалният газ е по-скоро полезна абстрактна идея, отколкото реално вещество; например, идеалният газ никога не се превръща в течност и няма ограничение за неговата свиваемост. Повечето реални газове обаче са достатъчно близки до идеалния газ, за да можете да използвате закона за идеалния газ за решаване на много практически проблеми.
Обем, температура, налягане и количество
Уравненията на закона за идеалния газ имат налягане и обем от едната страна на знака на равенство и количество и температура от друга. Това означава, че произведението на налягането и обема остава пропорционално на произведението на количеството и температурата. Ако например увеличите температурата на фиксирано количество газ във фиксиран обем, налягането също трябва да се увеличи. Или, ако поддържате налягането постоянно, газът трябва да се разшири в по-голям обем.
Идеален газ и абсолютна температура
За да използвате правилно закона за идеалния газ, трябва да използвате абсолютни мерни единици. Градусите по Целзий и Фаренхайт няма да работят, защото могат да преминат към отрицателни числа. Отрицателните температури в закона за идеалния газ ви дават отрицателно налягане или обем, които не могат да съществуват. Вместо това използвайте скалата на Келвин, която започва от абсолютна нула. Ако работите с английски единици и искате скала, свързана с Фаренхайт, използвайте скалата на Ранкин, която също започва от абсолютна нула.
Форма за уравнение I
Първата често срещана форма на уравнението за идеален газ е PV = nRT, където P е налягане, V е обем, n е броят на моловете газ, R е константа на пропорционалност, обикновено 8.314, а T е температура. За метричната система използвайте паскали за налягане, кубични метри за обем и келвини за температура. Да вземем един пример, 1 мол хелиев газ при 300 келвина (стайна температура) е под 101 килопаскала налягане (налягане на морското равнище). Колко обем заема? Вземете PV = nRT и разделете двете страни на P, оставяйки V от само себе си от лявата страна. Уравнението става V = nRT ÷ P. Един мол (n) по 8,314 (R) по 300 келвина (T), разделен на 101 000 паскала (P), дава 0,0247 кубически метра обем или 24,7 литра.
Форма за уравнение II
В часовете по природни науки друга често срещана форма на уравнение за идеален газ, която ще видите, е PV = NkT. Големият "N" е броят на частиците (молекули или атоми), а k е константата на Болцман, число, което ви позволява да използвате броя на частиците вместо моловете. Имайте предвид, че за хелий и други благородни газове използвате атоми; за всички останали газове използвайте молекули. Използвайте това уравнение по почти същия начин като предишното. Например, 1-литров резервоар побира 1023 молекули азот. Ако намалите температурата до охлаждащи костите 200 келвини, какво е налягането на газа в резервоара? Вземете PV = NkT и разделете двете страни на V, оставяйки P само по себе си. Уравнението става P = NkT ÷ V. Умножете 1023 молекули (N) по константата на Болцман (1,38 х 10-23), умножете по 200 келвина (Т) и след това разделете на 0,001 кубически метра (1 литър), за да получите налягането: 276 килопаскала.