Ανάλογα με την εργασία σας ή άλλες πτυχές του τρόπου ζωής σας, μπορείτε περιστασιακά ή τακτικά να εργάζεστε με κυλίνδρους υπό πίεση που περιέχουν ένα ή περισσότερα είδη αερίου. Το «αέριο» σε αυτό το πλαίσιο δεν είναι σύντομο για τη «βενζίνη», αλλά αντ 'αυτού αναφέρεται σε οποιαδήποτε ουσία σε αέρια κατάσταση, σε αντίθεση με τη στερεά ή υγρή κατάσταση. Ένα δημοφιλές παράδειγμα είναι το προπάνιο καυσίμου υδρογονανθράκων.
Περιστασιακά, ίσως χρειαστεί να βρείτε το βάρος του αερίου μέσα στον κύλινδρο. Ένας ακατέργαστος τρόπος για να γίνει αυτό είναι να ζυγίζεται ο κύλινδρος που περιέχει το εν λόγω αέριο, να εκφορτώνεται όλο το αέριο και να ζυγίζεται πάλι ο κύλινδρος. η διαφορά στις τιμές θα ήταν η μάζα του αερίου, υποθέτοντας ότι κανένας αέρας δεν θα μπορούσε να ρέει στο δοχείο και να προσθέσει μάζα που θα έριχνε τον υπολογισμό. Αυτό, ωστόσο, θα ήταν προφανής σπατάλη χημικών πόρων.
Υπάρχει καλύτερος τρόπος; Πράγματι, και σας διδάσκει λίγη φυσική και χημεία στο παζάρι.
Ο κύριος κύλινδρος αερίου
Ο σκοπός της αποθήκευσης συμπιεσμένων αερίων σε κυλίνδρους και σε άλλα δοχεία είναι απλός: επιτρέπει τη μεταφορά και αποθήκευση περισσότερων ουσιών σε μικρότερο φυσικό όγκος από τον απαιτούμενο εάν το εν λόγω αέριο αφέθηκε να διανεμηθεί φυσικά, όπως και τα μόρια αερίου και άλλα σωματίδια που απαρτίζουν τον αέρα στην ατμόσφαιρα γύρω εσείς.
Αυτό, δυστυχώς, συνεπάγεται ανταλλαγή: Η συμπίεση των αερίων (δηλαδή, η μείωση του όγκου τους) συνεπάγεται α αναλογική αύξηση της πίεσης, υποθέτοντας ότι διατηρούνται όλες οι άλλες μεταβλητές, όπως η θερμοκρασία συνεχής. Αυτό διερευνάται περαιτέρω σε μια μεταγενέστερη ενότητα.
Οι κύλινδροι αερίου έχουν επομένως εσωτερικές πιέσεις υψηλότερες από την ατμοσφαιρική πίεση, που είναι 14,7 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (psi) στην επιφάνεια της Γης. Οι ουσίες που περιέχουν πρέπει να έχουν σημεία βρασμού κάτω από 20 βαθμούς Κελσίου (68 βαθμοί Φαρενάιτ) για να θεωρηθούν αέρια, γιατί διαφορετικά θα παραμείνουν στερεά πάνω από τη "θερμοκρασία δωματίου" ή Έτσι.
Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο
Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο ορίζει ότι:
PV = nRT
όπου Π είναι η πίεση, Β είναι ο τόμος, ν είναι ο αριθμός γραμμομορίων αερίου που υπάρχει, Ρ είναι μια σταθερά και Τ είναι η θερμοκρασία σε Kelvin (K). Σε μια κατάσταση στην οποία Τ και ν είναι σταθερά αλλά Π και Β μπορεί να αλλάξει, όπως όταν ανοίγει μια βαλβίδα σε έναν κύλινδρο που περιέχει αέριο, αυτό σημαίνει ότι το προϊόν της Π και Β είναι μια σταθερά καθ 'όλη τη διάρκεια της διαδικασίας. Σε σύμβολα:
Π1Β1 = Ρ2Β2
Υπολογισμός του όγκου του συμπιεσμένου αερίου
Ας υποθέσουμε ότι έχετε αποθηκεύσει έναν κύλινδρο αζώτου σε κανονική θερμοκρασία (20 C) και πίεση (14,7 psi) με ετικέτα όγκου 29,5 L και εσωτερική πίεση 2.200 psi. Ποιος είναι ο "φυσικός" όγκος αερίου αζώτου;
Εάν απελευθερώνονταν το αέριο, θα διασκορπίστηκε σε όλο το περιβάλλον και η πίεση του θα γίνει ίση με την ατμοσφαιρική πίεση. Επομένως, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη σχέση που προκύπτει παραπάνω όπου P1 = 2.200 psi, V1 = 29,5 L και P2 = 14,7 psi για εύρεση V2:
(2.200) (29.5) / (14.7) = V2 = 4,415 λίτρα
Υπολογισμός της μάζας του αερίου: Χρειάζεται η μάζα του κυλίνδρου;
Για να υπολογίσετε τη μάζα αυτού του όγκου αερίου, πρέπει να γνωρίζετε την πυκνότητά του υπό κανονικές συνθήκες. Για αυτές τις πληροφορίες, συμβουλευτείτε μια σελίδα όπως αυτή στους πόρους.
Άζωτο (Ν2) έχει μοριακή μάζα 28,0 g / mol και πυκνότητα 1,17 kg / m3 = 1,17 g / L στους 20 C. Δεδομένου ότι η πυκνότητα διαιρείται μάζα με τον όγκο, η μάζα ισούται με τον όγκο φορές την πυκνότητα σε αυτήν την περίπτωση:
(4,415 L) (1,17 g / L) = 5,165 g = 5,165 kg
- Αυτό είναι περίπου 11,5 λίβρες αζώτου (1 kg = 2,204 lb).
Και, όπως μπορείτε να δείτε, η απάντηση στην ερώτηση σχετικά με τη μάζα του κυλίνδρου είναι όχι! Το μόνο που χρειάζεστε είναι μερικές πρακτικές γνώσεις χημείας και λίγη επιμονή.