В зависимост от вашата работа или други аспекти от начина ви на живот, можете понякога или редовно да работите с бутилки под налягане, съдържащи един или повече видове газ. "Газ" в този контекст не е съкращение от "бензин", а вместо това се отнася до всяко вещество в газообразно, за разлика от твърдо или течно състояние. Един популярен пример е въглеводородното гориво пропан.
Понякога може да се наложи да намерите теглото на газа вътре в цилиндъра. Един груб начин да направите това би бил да се претегли бутилката, съдържаща въпросния газ, да се разреди целият газ и да се претегли отново бутилката; разликата в стойностите ще бъде масата на газа, като се приеме, че въздух не може да тече в контейнера и се добавя маса, която би отхвърлила изчислението. Това обаче би било очевидна загуба на химически ресурси.
Има ли по-добър начин? Наистина, и това ви научава малко на физика и химия в пазарлъка.
Стандартната газова бутилка
Целта на съхраняването на сгъстените газове в бутилки и други контейнери е ясна: позволява повече вещество да се транспортира и съхранява в по-малък физически обем, отколкото би бил необходим, ако на въпросния газ му бъде позволено да се разпределя естествено, както и газовите молекули и други частици, съставляващи въздуха в атмосферата около Вие.
Това, за съжаление, води до компромис: Компресирането на газове (т.е. намаляване на обема им) води до пропорционално увеличаване на налягането, ако се приемат всички други променливи, като например температурата постоянна. Това е изследвано по-нататък в следващ раздел.
Следователно газовите бутилки имат вътрешно налягане по-високо от атмосферното налягане, което е 14,7 паунда на квадратен инч (psi) на повърхността на Земята. Съдържащите се в тях вещества трябва да имат точки на кипене под 20 градуса по Целзий (68 градуса по Фаренхайт) за да се считат за газове, тъй като в противен случай те биха останали твърди вещества над "стайна температура" или така.
Законът за идеалния газ
Законът за идеалния газ гласи, че:
PV = nRT
където P е налягането, V е обемът, н е броят на присъстващите бенки газ, R е константа и T е температурата в Келвин (К). В ситуация, в която T и н са постоянни, но P и V могат да се променят, например при отваряне на вентил в газосъдържащ цилиндър, това означава, че продуктът на P и V е константа през целия процес. В символи:
P1V1 = Р2V2
Изчисляване на обема на сгъстен газ
Да предположим, че имате бутилка с азот, съхранявана при нормална температура (20 C) и налягане (14,7 psi), обозначена с обем 29,5 L и вътрешно налягане 2200 psi. Какъв е "естественият" обем на азотния газ?
Ако газът се освободи, той ще се разпръсне в околната среда и налягането му ще стане равно на атмосферното налягане. Следователно можете да използвате връзката, получена по-горе, където P1 = 2200 psi, V1 = 29,5 L и P2 = 14,7 psi за намиране на V2:
(2200) (29,5) / (14,7) = V2 = 4,415 L
Изчисляване на масата на газа: необходима ли е масата на цилиндъра?
За да изчислите масата на този обем газ, трябва да знаете плътността му при нормални условия. За тази информация вижте страница като тази в ресурсите.
Азот (N2) има молекулна маса 28,0 g / mol и плътност 1,17 kg / m3 = 1,17 g / L при 20 C. Тъй като плътността е маса, разделена на обем, масата е равна на обем умножена по плътност; в такъв случай:
(4 415 L) (1,17 g / L) = 5 165 g = 5,165 kg
- Това е около 11,5 паунда азот (1 kg = 2,204 lb).
И както можете да видите, отговорът на въпроса за масата на цилиндъра е не! Всичко, от което се нуждаете, е малко практически познания по химия и малко постоянство.