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In Ihrem Alltag ist es für Sie wahrscheinlich selbstverständlich, dass Sie von Gasen umgeben sind, meist in Form von Luft, manchmal aber auch in anderer Form. Ob es der Strauß heliumgefüllter Ballons ist, den Sie für einen geliebten Menschen kaufen, oder die Luft, die Sie in die Reifen Ihres Autos geben, Gase müssen sich vorhersehbar verhalten, damit Sie sie nutzen können.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Gase verhalten sich im Allgemeinen so, wie es durch das Ideale Gasgesetz beschrieben wird. Die Atome oder Moleküle, aus denen das Gas besteht, kollidieren miteinander, aber sie werden nicht wie bei der Bildung neuer chemischer Verbindungen voneinander angezogen. Kinetische Energie ist die Art von Energie, die mit der Bewegung dieser Atome oder Moleküle verbunden ist; dies macht die mit dem Gas verbundene Energie reaktiv gegenüber Temperaturänderungen. Bei einer gegebenen Gasmenge führt ein Temperaturabfall zu einem Druckabfall, wenn alle anderen Variablen konstant bleiben.
Die chemischen und physikalischen Eigenschaften jedes Gases unterscheiden sich von denen anderer Gase. Mehrere Wissenschaftler zwischen dem 17. und 19. Jahrhundert machten Beobachtungen, die das allgemeine Verhalten vieler Gase unter kontrollierten Bedingungen erklärten; ihre Erkenntnisse wurden zur Grundlage dessen, was heute als das Ideale Gasgesetz bekannt ist.
Die Formel des idealen Gasgesetzes lautet wie folgt:
PV=nRT=NkT
wo,
- P = Absolutdruck
- V = Volumen
- n = Molzahl
- R = universelle Gaskonstante = 8,3145 Joule pro Mol multipliziert mit Kelvin-Temperatureinheiten, oft ausgedrückt als "8,3145 J/mol K"
- T = absolute Temperatur
- N = Anzahl der Moleküle
- k = Boltzmann-Konstante = 1,38066 x 10-23 Joule pro Kelvin Temperatureinheiten
- NeinEIN = Avogadros Zahl = 6.0221 x 1023 Moleküle pro Mol
Mit der Formel für das Ideale Gasgesetz – und ein wenig Algebra – können Sie berechnen, wie sich eine Temperaturänderung auf den Druck einer fixierten Gasprobe auswirkt. Mit der transitiven Eigenschaft können Sie den Ausdruck ausdrücken:
PV=nRT \implies\frac{PV}{nR}=T
Da die Molzahl oder die Menge der Gasmoleküle konstant gehalten wird und die Molzahl mit multipliziert wird eine Konstante, jede Temperaturänderung würde den Druck, das Volumen oder beides gleichzeitig für eine gegebene Probe von beeinflussen Gas.
Auf ähnliche Weise können Sie die Formel auch so ausdrücken, dass der Druck berechnet wird. Diese äquivalente Formel:
P=\frac{nRT}{V}
zeigt, dass eine Druckänderung, wenn alle anderen Dinge konstant bleiben, die Temperatur des Gases proportional ändert.