Was passiert mit dem Volumen eines Gases während der Kompression?

Das Komprimieren eines Gases löst Veränderungen in seinen Eigenschaften aus. Da Sie es komprimieren, verringert sich das Raumvolumen, das das Gas einnimmt, aber es passiert noch viel mehr als dies allein. Die Kompression verändert auch die Temperatur und den Druck des Gases, abhängig von den Besonderheiten der Situation. Sie können die auftretenden Änderungen anhand eines wichtigen physikalischen Gesetzes, dem idealen Gasgesetz, verstehen. Dieses Gesetz vereinfacht den realen Prozess etwas, ist jedoch in einer Vielzahl von Situationen nützlich.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Während der Komprimierung wird die Lautstärke (V) eines Gases abnimmt. In diesem Fall wird der Druck (P) des Gases steigt, wenn die Molzahl (nein) von Gas bleibt konstant. Wenn Sie den Druck konstant halten, reduzieren Sie die Temperatur (T) bewirkt auch eine Verdichtung des Gases.

Das ideale Gasgesetz ist die Schlüsselinformation zur Beantwortung von Fragen zur Expansion oder Kompression eines Gases. Es sagt aus: PV = nRT. Die Quantität R ist die universelle Gaskonstante und hat den Wert R = 8,3145 J / mol K.

Das Gesetz des idealen Gases erklärt, was mit einem vereinfachten Modell eines Gases in einer Reihe von Situationen passiert. Physiker nennen ein Gas „ideal“, wenn die Moleküle, aus denen es besteht, nicht interagieren, außer dass sie wie kleine Kugeln aneinander abprallen. Dies erfasst nicht das genaue Bild, aber für die meisten Situationen, denen Sie begegnen, macht das Gesetz trotzdem gute Vorhersagen. Das ideale Gasgesetz vereinfacht eine ansonsten komplizierte Situation, sodass es leicht ist, Vorhersagen darüber zu treffen, was passieren wird.

Das ideale Gasgesetz bezieht sich auf die Temperatur (T), die Molzahl des Gases (nein), das Volumen des Gases (V) und der Druck des Gases (P) unter Verwendung einer Konstanten, die als universelle Gaskonstante (R = 8,3145 J/Mol K). Das Gesetz besagt:

PV = nRT

• Um dieses Gesetz anzuwenden, geben Sie die Temperaturen in Kelvin an, was einfach ist, da 0 Grad C 273 K sind, und das Hinzufügen eines zusätzlichen Grads erhöht die Temperatur in Kelvin nur um eins. Kelvin ist wie Celsius, außer dass -273 Grad C der Ausgangspunkt von 0 K ist.

  Sie müssen auch die Gasmenge in Mol ausdrücken. Diese werden häufig in der Chemie verwendet, und ein Mol ist die relative Atommasse des Gasmoleküls, jedoch in Gramm.

Das Komprimieren von etwas verringert sein Volumen. Wenn Sie also ein Gas komprimieren, nimmt sein Volumen ab. Die Neuordnung des idealen Gasgesetzes zeigt, wie sich dies auf andere Eigenschaften des Gases auswirkt:

V = nRT / P

Diese Gleichung ist immer wahr. Wenn Sie eine feste Anzahl von Gasmolen komprimieren und dies in einem isothermen Prozess tun (einer, der bei gleiche Temperatur) muss der Druck ansteigen, um das kleinere Volumen links vom Gleichung. Ebenso, wenn Sie ein Gas abkühlen (reduzieren T) bei einem festen Druck nimmt sein Volumen ab – es komprimiert.

Wenn Sie ein Gas verdichten, ohne die Temperatur oder den Druck zu beschränken, muss das Verhältnis von Temperatur zu Druck abnehmen. Wenn Sie jemals gebeten werden, so etwas auszuarbeiten, erhalten Sie wahrscheinlich mehr Informationen, um den Prozess zu vereinfachen.

Das Gesetz des idealen Gases zeigt, was passiert, wenn Sie den Druck eines idealen Gases auf die gleiche Weise ändern wie das Gesetz für das Volumen. Ein anderer Ansatz zeigt jedoch, wie das ideale Gasgesetz verwendet werden kann, um unbekannte Größen zu finden. Die Neuordnung des Gesetzes ergibt:

PV/ T = nR

Hier, R ist eine Konstante und bleibt die Gasmenge gleich, ist es auch nein. Mit tiefgestellten Indizes beschriften Sie den Startdruck, das Volumen und die Temperatur ich und die letzten f. Wenn der Prozess beendet ist, stehen der neue Druck, das Volumen und die Temperatur immer noch wie oben beschrieben in Beziehung. Du kannst also schreiben:

P_ich V_ich/ T_ich = nR = P_f V_f / T_f

Das heisst:

P_ich V_ich/ T_ich = P_f V_f / T_f

Diese Beziehung ist in vielen Situationen nützlich. Wenn Sie den Druck ändern, aber mit einem festen Volumen, dann V_ich und V_f gleich sind, also stornieren sie, und Sie haben:

P_ich/ T_ich = P_f / T_f

Was bedeutet:

P_f / P_ich = T_f / T_ich

Wenn also der Enddruck doppelt so groß ist wie der Anfangsdruck, muss auch die Endtemperatur doppelt so groß sein wie die Anfangstemperatur. Eine Erhöhung des Drucks erhöht die Temperatur des Gases.

Wenn Sie die Temperatur gleich halten, aber den Druck erhöhen, heben sich die Temperaturen stattdessen auf und Sie haben Folgendes:

P_ich V_ich= P_f V_f

Was Sie neu anordnen können:

P_ich / P_f = V_f / V_ich

Dies zeigt, wie sich eine Druckänderung auf eine bestimmte Gasmenge in einem isothermen Prozess ohne Volumenbeschränkungen auswirkt. Wenn Sie den Druck erhöhen, verringert sich das Volumen, und wenn Sie den Druck verringern, erhöht sich das Volumen.