Σε αντίθεση με τα μόρια σε ένα υγρό ή στερεό, αυτά που βρίσκονται σε ένα αέριο μπορούν να κινούνται ελεύθερα στον χώρο στον οποίο τα περιορίζετε. Πετούν γύρω, περιστασιακά συγκρούονται μεταξύ τους και με τους τοίχους του εμπορευματοκιβωτίου. Η συλλογική πίεση που ασκούν στους τοίχους του δοχείου εξαρτάται από την ποσότητα ενέργειας που έχουν. Παράγουν ενέργεια από τη θερμότητα στο περιβάλλον τους, οπότε αν η θερμοκρασία ανεβαίνει, το ίδιο ισχύει και για την πίεση. Στην πραγματικότητα, οι δύο ποσότητες σχετίζονται με τον ιδανικό νόμο για το φυσικό αέριο.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Σε ένα άκαμπτο δοχείο, η πίεση που ασκείται από ένα αέριο μεταβάλλεται άμεσα με τη θερμοκρασία. Εάν το δοχείο δεν είναι άκαμπτο, τόσο ο όγκος όσο και η πίεση ποικίλλουν ανάλογα με τη θερμοκρασία σύμφωνα με τον ιδανικό νόμο αερίου.
Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο
Προέρχεται από μια περίοδο ετών μέσω του πειραματικού έργου ορισμένων ατόμων, ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο ακολουθεί ο νόμος του Boyle και ο νόμος Charles και Gay-Lussac. Η πρώτη δηλώνει ότι, σε μια δεδομένη θερμοκρασία (Τ), η πίεση (Ρ) ενός αερίου πολλαπλασιασμένη επί τον όγκο (V) που καταλαμβάνει είναι μια σταθερά. Το τελευταίο μας λέει ότι όταν η μάζα του αερίου (η) διατηρείται σταθερή, ο όγκος είναι άμεσα ανάλογος με τη θερμοκρασία. Στην τελική του μορφή, ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο αναφέρει:
PV = nRT
όπου το R είναι μια σταθερά που ονομάζεται ιδανική σταθερά αερίου.
Εάν διατηρήσετε σταθερή τη μάζα του αερίου και τον όγκο του δοχείου, αυτή η σχέση σας λέει ότι η πίεση ποικίλλει άμεσα με τη θερμοκρασία. Εάν επρόκειτο να σχεδιάσετε διάφορες τιμές θερμοκρασίας και πίεσης, το γράφημα θα ήταν μια ευθεία γραμμή με θετική κλίση.
Τι γίνεται αν ένα αέριο δεν είναι ιδανικό
Ένα ιδανικό αέριο είναι εκείνο στο οποίο τα σωματίδια θεωρούνται απόλυτα ελαστικά και δεν προσελκύουν ούτε απωθούν το ένα το άλλο. Επιπλέον, τα ίδια τα σωματίδια αερίου θεωρείται ότι δεν έχουν όγκο. Ενώ κανένα πραγματικό αέριο δεν πληροί αυτές τις προϋποθέσεις, πολλοί πλησιάζουν αρκετά για να καταστήσουν δυνατή την εφαρμογή αυτής της σχέσης. Ωστόσο, πρέπει να λάβετε υπόψη παράγοντες του πραγματικού κόσμου όταν η πίεση ή η μάζα του αερίου γίνεται πολύ υψηλή ή ο όγκος και η θερμοκρασία γίνονται πολύ χαμηλές. Για τις περισσότερες εφαρμογές σε θερμοκρασία δωματίου, ο ιδανικός νόμος για το αέριο παρέχει αρκετά καλή προσέγγιση της συμπεριφοράς των περισσότερων αερίων.
Πώς η πίεση ποικίλλει με τη θερμοκρασία
Εφόσον ο όγκος και η μάζα του αερίου είναι σταθερές, η σχέση μεταξύ πίεσης και θερμοκρασίας γίνεται:
P = ΚΤ
όπου το Κ είναι μια σταθερά που προέρχεται από τον όγκο, τον αριθμό γραμμομορίων αερίου και την ιδανική σταθερά αερίου. Εάν βάλετε ένα αέριο που πληροί τις ιδανικές συνθήκες αερίου σε ένα δοχείο με άκαμπτα τοιχώματα, έτσι ο όγκος δεν μπορεί να αλλάξει, σφραγίστε το δοχείο και μετρήστε την πίεση στα τοιχώματα του δοχείου, θα δείτε να μειώνεται καθώς χαμηλώνετε το θερμοκρασία. Δεδομένου ότι αυτή η σχέση είναι γραμμική, χρειάζεστε μόνο δύο μετρήσεις θερμοκρασίας και πίεσης για να σχεδιάσετε μια γραμμή από την οποία μπορείτε να παρεκτείνετε την πίεση του αερίου σε οποιαδήποτε δεδομένη θερμοκρασία.
Αυτή η γραμμική σχέση καταρρέει σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες όταν η ατελής ελαστικότητα του αερίου Τα μόρια γίνονται αρκετά σημαντικά για να επηρεάσουν τα αποτελέσματα, αλλά η πίεση θα συνεχίσει να μειώνεται καθώς χαμηλώνετε το θερμοκρασία. Η σχέση θα είναι επίσης μη γραμμική εάν τα μόρια αερίου είναι αρκετά μεγάλα για να αποκλείσουν την ταξινόμηση του αερίου ως ιδανικού.