Ποιος είναι ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο;

Ο νόμος του Ideal Gas είναι μια μαθηματική εξίσωση που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για την επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με τη θερμοκρασία, τον όγκο και την πίεση των αερίων. Παρόλο που η εξίσωση είναι μια προσέγγιση, είναι πολύ καλή και είναι χρήσιμη για ένα ευρύ φάσμα συνθηκών. Χρησιμοποιεί δύο στενά συνδεδεμένες μορφές που αντιπροσωπεύουν την ποσότητα ενός αερίου με διαφορετικούς τρόπους.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Ο νόμος του Ideal Gas είναι PV = nRT, όπου P = πίεση, V = όγκος, n = αριθμός γραμμομορίων αερίου, το Τ είναι θερμοκρασία και το R είναι σταθερά αναλογικότητας, συνήθως 8.314. Η εξίσωση σάς επιτρέπει να λύσετε πρακτικά προβλήματα με τα αέρια.

Αντιμετωπίζετε αέρια στην καθημερινή ζωή, όπως τον αέρα που αναπνέετε, το ήλιο σε ένα μπαλόνι πάρτι ή μεθάνιο, το "φυσικό αέριο" που χρησιμοποιείτε για να μαγειρέψετε φαγητό. Αυτές οι ουσίες έχουν πολύ κοινές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου που ανταποκρίνονται στην πίεση και τη θερμότητα. Ωστόσο, σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, τα περισσότερα πραγματικά αέρια μετατρέπονται σε υγρό. Ένα ιδανικό αέριο, συγκριτικά, είναι περισσότερο μια χρήσιμη αφηρημένη ιδέα από μια πραγματική ουσία. Για παράδειγμα, ένα ιδανικό αέριο δεν μετατρέπεται ποτέ σε υγρό και δεν υπάρχει όριο στη συμπιεστότητά του. Ωστόσο, τα περισσότερα πραγματικά αέρια είναι αρκετά κοντά σε ένα ιδανικό αέριο, ώστε να μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον νόμο του Ideal Gas για την επίλυση πολλών πρακτικών προβλημάτων.

Οι εξισώσεις νόμου του Ideal Gas έχουν πίεση και όγκο στη μία πλευρά του σημείου ίσο με το ποσό και τη θερμοκρασία από την άλλη. Αυτό σημαίνει, το προϊόν της πίεσης και του όγκου παραμένει ανάλογο με το προϊόν της ποσότητας και της θερμοκρασίας. Εάν, για παράδειγμα, αυξήσετε τη θερμοκρασία μιας σταθερής ποσότητας αερίου σε έναν σταθερό όγκο, η πίεση πρέπει επίσης να αυξηθεί. Ή, εάν διατηρήσετε την πίεση σταθερή, το αέριο πρέπει να διογκωθεί σε μεγαλύτερο όγκο.

Για να χρησιμοποιήσετε σωστά τον νόμο περί Ideal Gas, πρέπει να χρησιμοποιήσετε απόλυτες μονάδες θερμοκρασίας. Οι βαθμοί Κελσίου και Φαρενάιτ δεν θα λειτουργήσουν επειδή μπορούν να φτάσουν σε αρνητικούς αριθμούς. Οι αρνητικές θερμοκρασίες στο δίκαιο του Ideal Gas σας δίνουν αρνητική πίεση ή όγκο, κάτι που δεν υπάρχει. Αντ 'αυτού, χρησιμοποιήστε την κλίμακα Kelvin, η οποία ξεκινά στο απόλυτο μηδέν. Εάν εργάζεστε με αγγλικές μονάδες και θέλετε κλίμακα που σχετίζεται με το Fahrenheit, χρησιμοποιήστε την κλίμακα Rankine, η οποία ξεκινά επίσης στο απόλυτο μηδέν.

Η πρώτη κοινή μορφή της εξίσωσης Ideal Gas είναι, PV = nRT, όπου το P είναι πίεση, το V είναι όγκος, το n είναι ο αριθμός γραμμομορίων αερίου, το R είναι σταθερά αναλογικότητας, συνήθως 8,314, και το Τ είναι θερμοκρασία. Για το μετρικό σύστημα, χρησιμοποιήστε pascals για πίεση, κυβικά μέτρα για όγκο και Kelvins για θερμοκρασία. Για παράδειγμα, 1 mole αερίου ηλίου στα 300 Kelvins (θερμοκρασία δωματίου) είναι υπό πίεση 101 kilopascals (πίεση στάθμης της θάλασσας). Πόσο όγκο καταλαμβάνει; Πάρτε PV = nRT και διαιρέστε και τις δύο πλευρές με το P, αφήνοντας το V από μόνο του στην αριστερή πλευρά. Η εξίσωση γίνεται V = nRT ÷ P. Ένα mole (n) φορές 8.314 (R) φορές 300 Kelvins (T) διαιρούμενο με 101.000 pascals (P) δίνουν 0,0247 κυβικά μέτρα όγκου ή 24,7 λίτρα.

Στα μαθήματα επιστημών, μια άλλη κοινή μορφή εξίσωσης ιδανικού αερίου που θα δείτε είναι PV = NkT. Το μεγάλο "Ν" είναι αριθμός σωματιδίων (μόρια ή άτομα) και το k είναι μια σταθερά του Boltzmann, ένας αριθμός που σας επιτρέπει να χρησιμοποιείτε τον αριθμό των σωματιδίων αντί των γραμμομορίων. Σημειώστε ότι για ήλιο και άλλα ευγενή αέρια, χρησιμοποιείτε άτομα. για όλα τα άλλα αέρια, χρησιμοποιήστε μόρια. Χρησιμοποιήστε αυτήν την εξίσωση με τον ίδιο τρόπο όπως και η προηγούμενη. Για παράδειγμα, μια δεξαμενή 1 λίτρου κρατά 10²³ μόρια αζώτου. Εάν χαμηλώσετε τη θερμοκρασία σε 200 Kelvins που ψύχουν οστά, ποια είναι η πίεση του αερίου στη δεξαμενή; Πάρτε PV = NkT και διαιρέστε και τις δύο πλευρές με V, αφήνοντας το P από μόνο του. Η εξίσωση γίνεται P = NkT ÷ V. Πολλαπλασιάστε 10²³ μόρια (N) από τη σταθερά του Boltzmann (1,38 x 10^-23, πολλαπλασιάστε με 200 Kelvins (T) και στη συνέχεια διαιρέστε με 0,001 κυβικά μέτρα (1 λίτρο) για να πάρετε την πίεση: 276 kilopascals.