Как да изчислим обема на въздуха

Представете си, че сте водолаз и трябва да изчислите въздушния капацитет на резервоара си. 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 въздушното налягане, 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.

Законът на Бойл определя връзката между обема на газа и неговото налягане. Помислете за това: Ако вземете кутия, пълна с въздух, и след това я притиснете до половината от размера си, въздушните молекули ще имат по-малко пространство за придвижване и ще се блъснат една в друга много повече. Тези сблъсъци на молекули въздух помежду си и със страните на контейнера са това, което създава въздушно налягане.

Законът на Бойл не взема предвид температурата, така четемпературата трябва да е постоянназа да го използвате.

​Законът на Бойлгласи, че при постоянна температура обемът на определена маса (или количество) газ варира обратно на налягането.

Във форма на уравнение това е:

където P₁ и V₁ са началният обем и налягане и P₂ и V₂ са новият обем и налягане.

​Пример: Да предположим, че проектирате акваланг, където налягането на въздуха е 3000 psi (фунта на квадратен инч), а обемът (или „капацитетът“) на резервоара е 70 кубически фута. Ако решите, че предпочитате 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 поддържате еднаква температура?

Включете дадените стойности в закона на Бойл:

Опростете, след това изолирайте променливата от едната страна на уравнението и решете за V₂:

Така че втората версия на вашия аквариум ще бъде 60 кубически фута.

Ами връзката между обема и температурата? По-високите температури карат молекулите да се ускоряват, сблъсквайки се все по-силно със страните на контейнера си и го изтласквайки навън. Законът на Чарлз дава математика за тази ситуация.

​Законът на Чарлзгласи, че при постоянно налягане обемът на дадена маса (количество) газ е право пропорционален на неговата (абсолютна) температура.

Или:

За закона на Чарлз налягането трябва да се поддържа постоянно и температурата трябва да се измерва в Келвин.

Ами ако имате едновременно налягане, температура и обем в един и същ проблем? Има правило и за това. TheЗакон за комбинирания газвзема информацията от закона на Бойл и закона на Чарлз и ги свързва, за да определи друг аспект на връзката налягане-температура-обем.

TheЗакон за комбинирания газзаявява, че обемът на дадено количество газ е пропорционален на съотношението на неговата температура на Келвин и неговото налягане. Това звучи сложно, но погледнете уравнението:

Отново температурата трябва да се измерва в Келвин.

Едно последно уравнение, свързано с тези свойства на газа, еЗакон за идеалния газ. Законът се дава от следното уравнение:

където P = налягане, V = обем, n = брой бенки, R еуниверсална газова константа, което се равнява на 0,0821 L-atm / mol-K, а T е температурата в Келвин. За да получите всички единици правилни, ще трябва да конвертирате вSI единици, стандартните мерни единици в рамките на научната общност. За обем това са литри; за налягане, атм; а за температурата, Келвин (n, броят на бенките, вече е в SI единици).

Този закон се нарича "идеален" закон за газа, тъй като предполага, че изчисленията се отнасят до газове, които следват правилата. При екстремни условия, като екстремни горещи или студени, някои газове могат да действат по различен начин от идеалния газ Законът би предложил, но като цяло е безопасно да се предположи, че вашите изчисления, използващи закона, ще бъдат правилно.

Сега знаете няколко начина за изчисляване на обема на въздуха при различни обстоятелства.