Hvad er den ideelle gaslov?

Den ideelle gaslov er en matematisk ligning, du kan bruge til at løse problemer i forbindelse med gassernes temperatur, volumen og tryk. Selv om ligningen er en tilnærmelse, er den meget god, og den er nyttig under en lang række forhold. Det bruger to nært beslægtede former, der tegner sig for mængden af ​​en gas på forskellige måder.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Den ideelle gaslov er PV = nRT, hvor P = tryk, V = volumen, n = antal mol gas, T er temperatur og R er en proportionalitetskonstant, normalt 8,314. Ligningen giver dig mulighed for at løse praktiske problemer med gasser.

Du beskæftiger dig med gasser i hverdagen, såsom luften du trækker vejret, helium i en festballon eller metan, den "naturgas", du bruger til at lave mad. Disse stoffer har meget ens egenskaber til fælles, herunder hvordan de reagerer på tryk og varme. Men ved meget lave temperaturer bliver de fleste ægte gasser til væske. En ideel gas er til sammenligning mere en nyttig abstrakt idé end en reel substans; for eksempel bliver en ideel gas aldrig til væske, og der er ingen grænse for dens kompressibilitet. Imidlertid er de fleste reelle gasser tæt nok på en ideel gas, så du kan bruge Ideal Gas-loven til at løse mange praktiske problemer.

De ligelige ligninger med Ideal Gas har tryk og volumen på den ene side af ligetegnet og mængde og temperatur på den anden. Dette betyder, at produktet af trykket og volumen forbliver proportionalt med produktet af mængden og temperaturen. Hvis du f.eks. Øger temperaturen på en fast mængde gas i et fast volumen, skal trykket også øges. Eller hvis du holder trykket konstant, skal gassen ekspandere til et større volumen.

For at bruge Ideal Gas-loven korrekt skal du anvende absolutte temperaturenheder. Grader Celsius og Fahrenheit fungerer ikke, fordi de kan gå til negative tal. Negative temperaturer i Ideal Gas-loven giver dig undertryk eller volumen, som ikke kan eksistere. Brug i stedet Kelvin-skalaen, der starter ved absolut nul. Hvis du arbejder med engelske enheder og ønsker en Fahrenheit-relateret skala, skal du bruge Rankine-skalaen, som også starter med absolut nul.

Den første almindelige form for den ideelle gasligning er PV = nRT, hvor P er tryk, V er volumen, n er antallet af mol gas, R er en proportionalitetskonstant, typisk 8,314, og T er temperatur. I det metriske system skal du bruge pascal til tryk, kubikmeter til volumen og Kelvins til temperatur. For at tage et eksempel er 1 mol heliumgas ved 300 Kelvins (stuetemperatur) under 101 kilopascal tryk (havoverfladetryk). Hvor meget volumen optager det? Tag PV = nRT, og del begge sider af P, og lad V være i sig selv på venstre side. Ligningen bliver V = nRT ÷ P. Én mol (n) gange 8.314 (R) gange 300 Kelvin (T) divideret med 101.000 pascal (P) giver 0,0247 kubikmeter volumen eller 24,7 liter.

I videnskabsklasser er en anden almindelig form for ideel gasligning PV = NkT. Det store "N" er antallet af partikler (molekyler eller atomer), og k er en Boltzmanns konstant, et tal, der lader dig bruge antallet af partikler i stedet for mol. Bemærk, at til helium og andre ædelgasser bruger du atomer; Brug molekyler til alle andre gasser. Brug denne ligning stort set på samme måde som den foregående. For eksempel rummer en 1-liters tank 10²³ molekyler af nitrogen. Hvis du sænker temperaturen til en knoglekøling 200 kelvin, hvad er trykket af gassen i tanken? Tag PV = NkT og del begge sider med V, og lad P være i sig selv. Ligningen bliver P = NkT ÷ V. Multiplicer 10²³ molekyler (N) af Boltzmanns konstant (1,38 x 10^-23multipliceres med 200 Kelvins (T) og divideres derefter med 0,001 kubikmeter (1 liter) for at få trykket: 276 kilopascal.