Τι συμβαίνει στον όγκο ενός αερίου κατά τη συμπίεση;

Η συμπίεση ενός αερίου προκαλεί αλλαγές στα χαρακτηριστικά του. Επειδή το συμπιέζετε, μειώνεται ο όγκος του χώρου που καταλαμβάνει το αέριο, αλλά συμβαίνει πολύ περισσότερα από αυτό μόνο. Η συμπίεση αλλάζει επίσης τη θερμοκρασία και την πίεση του αερίου, ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες της κατάστασης. Μπορείτε να κατανοήσετε τις αλλαγές που συμβαίνουν χρησιμοποιώντας έναν σημαντικό νόμο στη φυσική που ονομάζεται ο ιδανικός νόμος για τα αέρια. Αυτός ο νόμος απλοποιεί κάπως τη διαδικασία της πραγματικής ζωής, αλλά είναι χρήσιμος σε ένα ευρύ φάσμα καταστάσεων.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Κατά τη συμπίεση, ο όγκος (Βμειώνεται ένα αέριο. Όταν συμβεί αυτό, η πίεση (Π) του αερίου αυξάνεται εάν ο αριθμός των γραμμομορίων (ν) του αερίου παραμένει σταθερό. Εάν διατηρήσετε την πίεση σταθερή, μειώνοντας τη θερμοκρασία (Τ) επίσης προκαλεί τη συμπίεση του αερίου.

Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο είναι το βασικό κομμάτι των πληροφοριών που απαιτούνται για την απάντηση ερωτήσεων που σχετίζονται με την επέκταση ή τη συμπίεση ενός αερίου. Δηλώνει:

Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο εξηγεί τι συμβαίνει σε ένα απλοποιημένο μοντέλο αερίου σε μια σειρά καταστάσεων. Οι φυσικοί αποκαλούν ένα αέριο «ιδανικό» όταν τα μόρια που αποτελείται από δεν αλληλεπιδρούν πέρα ​​από το να αναπηδούν το ένα το άλλο σαν μικρά μπαλάκια. Αυτό δεν αποτυπώνει την ακριβή εικόνα, αλλά για τις περισσότερες καταστάσεις που αντιμετωπίζετε, ο νόμος κάνει καλές προβλέψεις ανεξάρτητα. Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο απλοποιεί μια κατά τα άλλα περίπλοκη κατάσταση, οπότε είναι εύκολο να κάνετε προβλέψεις για το τι θα συμβεί.

Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο σχετίζεται με τη θερμοκρασία (Τ), ο αριθμός γραμμομορίων του αερίου (ν), ο όγκος του αερίου (Β), και την πίεση του αερίου (Π) το ένα στο άλλο, χρησιμοποιώντας μια σταθερά που ονομάζεται σταθερή καθολικού αερίου (Ρ = 8,3145 J / mol K). Ο νόμος ορίζει:

PV = nRT

• Για να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον νόμο, δηλώνετε τις θερμοκρασίες στο Kelvin, κάτι που είναι εύκολο επειδή 0 βαθμοί C είναι 273 K και η προσθήκη ενός επιπλέον βαθμού αυξάνει τη θερμοκρασία στο Kelvin κατά ένα. Ο Κέλβιν μοιάζει με Κελσίου εκτός από τους -273 βαθμούς Γ είναι η αφετηρία των 0 Κ.

  Πρέπει επίσης να εκφράσετε την ποσότητα αερίου σε moles. Αυτά χρησιμοποιούνται συνήθως στη χημεία και ένα γραμμομόριο είναι η σχετική ατομική μάζα του μορίου αερίου αλλά σε γραμμάρια.

Συμπίεση κάτι μειώνει τον όγκο του, οπότε όταν συμπιέζετε ένα αέριο, ο όγκος του μειώνεται. Η αναδιάταξη του ιδανικού νόμου για το φυσικό αέριο δείχνει πώς αυτό επηρεάζει άλλα χαρακτηριστικά του αερίου:

Β = nRT / Π

Αυτή η εξίσωση είναι πάντα αληθινή. Εάν συμπιέσετε έναν σταθερό αριθμό γραμμομορίων αερίου, και το κάνετε σε μια ισοθερμική διαδικασία (αυτή που παραμένει την ίδια θερμοκρασία), η πίεση πρέπει να αυξηθεί για να ληφθεί υπόψη ο μικρότερος όγκος στα αριστερά του εξίσωση. Ομοίως, όταν ψύχετε ένα αέριο (μειώστε Τ) σε σταθερή πίεση, ο όγκος του μειώνεται - συμπιέζεται.

Εάν συμπιέσετε ένα αέριο χωρίς να περιορίσετε τη θερμοκρασία ή την πίεση, ο λόγος θερμοκρασίας προς πίεση πρέπει να μειωθεί. Εάν σας ζητηθεί να επεξεργαστείτε κάτι τέτοιο, πιθανότατα θα σας δοθούν περισσότερες πληροφορίες για να διευκολύνετε τη διαδικασία.

Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο αποκαλύπτει τι συμβαίνει όταν αλλάζετε την πίεση ενός ιδανικού αερίου με τον ίδιο τρόπο που έκανε ο νόμος για την ένταση. Ωστόσο, η χρήση μιας διαφορετικής προσέγγισης δείχνει πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο για την εύρεση άγνωστων ποσοτήτων. Η αναδιάταξη του νόμου δίνει:

PV/ Τ = nR

Εδώ, Ρ είναι μια σταθερά και εάν η ποσότητα του αερίου παραμένει η ίδια, έτσι είναι ν. Χρησιμοποιώντας συνδρομές, επισημαίνετε την αρχική πίεση, τον όγκο και τη θερμοκρασία Εγώ και τα τελικά φά. Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία, η νέα πίεση, ο όγκος και η θερμοκρασία εξακολουθούν να σχετίζονται όπως παραπάνω. Έτσι μπορείτε να γράψετε:

Π_Εγώ Β_Εγώ/ Τ_Εγώ = nR = Π_φά Β_φά / Τ_φά

Αυτό σημαίνει:

Π_Εγώ Β_Εγώ/ Τ_Εγώ = Π_φά Β_φά / Τ_φά

Αυτή η σχέση είναι χρήσιμη σε πολλές περιπτώσεις. Εάν αλλάζετε την πίεση αλλά με σταθερό όγκο, τότε Β_Εγώ και Β_φά είναι τα ίδια, οπότε ακυρώνουν και απομένουν:

Π_Εγώ/ Τ_Εγώ = Π_φά / Τ_φά

Που σημαίνει:

Π_φά / Π_Εγώ = Τ_φά / Τ_Εγώ

Έτσι, εάν η τελική πίεση είναι διπλάσια από την αρχική πίεση, η τελική θερμοκρασία πρέπει να είναι διπλάσια από την αρχική θερμοκρασία. Η αύξηση της πίεσης αυξάνει τη θερμοκρασία του αερίου.

Εάν διατηρήσετε τη θερμοκρασία ίδια αλλά αυξάνετε την πίεση, οι θερμοκρασίες ακυρώνονται και απομένουν:

Π_Εγώ Β_Εγώ= Π_φά Β_φά

Τι μπορείτε να αναδιατάξετε:

Π_Εγώ / Π_φά = Β_φά / Β_Εγώ

Αυτό δείχνει πώς η αλλαγή της πίεσης επηρεάζει μια ορισμένη ποσότητα αερίου σε μια ισοθερμική διαδικασία χωρίς περιορισμούς στον όγκο. Εάν αυξήσετε την πίεση, ο όγκος μειώνεται και εάν μειώσετε την πίεση, ο όγκος αυξάνεται.