Ideaalse gaasi seadus on matemaatiline võrrand, mida saate kasutada gaaside temperatuuri, mahu ja rõhuga seotud probleemide lahendamiseks. Kuigi võrrand on ligikaudne, on see väga hea ja see on kasulik paljude tingimuste jaoks. See kasutab kahte tihedalt seotud vormi, mis arvestavad gaasi kogust erineval viisil.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Ideaalne gaasiseadus on PV = nRT, kus P = rõhk, V = maht, n = gaasimoolide arv, T on temperatuur ja R on proportsionaalsuskonstant, tavaliselt 8,314. Võrrand võimaldab teil lahendada praktilisi probleeme gaasidega.
Päris vs. Ideaalne gaas
Tegelete igapäevaelus gaasidega, näiteks õhuga, mida hingate, heelium peoõhupallis või metaan, "maagaas", mida kasutate toidu valmistamiseks. Nendel ainetel on väga sarnased omadused, sealhulgas nad reageerivad rõhule ja kuumusele. Kuid väga madalatel temperatuuridel muutub enamik tegelikke gaase vedelaks. Ideaalne gaas on sellega võrreldes pigem kasulik abstraktne idee kui tegelik aine; näiteks ideaalne gaas ei muutu kunagi vedelaks ja selle kokkusurutavusel pole piire. Enamik tegelikke gaase on aga ideaalgaasile piisavalt lähedal, et saaksite ideaalse gaasi seaduse abil lahendada palju praktilisi probleeme.
Maht, temperatuur, rõhk ja kogus
Ideaalse gaasi seaduse võrrandites on võrdusmärgi ühel küljel rõhk ja maht ning teisel küljel kogus ja temperatuur. See tähendab, et rõhu ja mahu korrutis jääb proportsionaalseks koguse ja temperatuuri korrutisega. Näiteks kui suurendate kindlas mahus kindla koguse gaasi temperatuuri, peab ka rõhk tõusma. Või kui hoiate rõhku konstantsena, peab gaas laienema suurema mahuni.
Ideaalne gaas ja absoluutne temperatuur
Ideaalse gaasi seaduse õigeks kasutamiseks peate kasutama absoluutseid temperatuuriühikuid. Celsiuse ja Fahrenheiti kraadid ei tööta, sest need võivad minna negatiivsetele arvudele. Ideaalse gaasi seaduse negatiivsed temperatuurid annavad teile negatiivse rõhu või mahu, mida ei saa eksisteerida. Selle asemel kasutage Kelvini skaalat, mis algab absoluutsest nullist. Kui töötate inglise üksustega ja soovite Fahrenheitiga seotud skaalat, kasutage Rankine skaalat, mis algab ka absoluutsest nullist.
Võrrandivorm I
Ideaalse gaasi võrrandi esimene levinud vorm on PV = nRT, kus P on rõhk, V on maht, n on gaasimoolide arv, R on proportsionaalsuse konstant, tavaliselt 8,314, ja T on temperatuur. Metrilise süsteemi jaoks kasutage rõhu jaoks paskaale, mahu jaoks kuupmeetreid ja temperatuuri jaoks kelvinit. Ühe näitena võib öelda, et 1 mool heeliumgaasi 300 kelvinil (toatemperatuuril) on 101 kilopascali rõhu all (merepinna rõhk). Kui palju see mahutab? Võtke PV = nRT ja jagage mõlemad pooled P-ga, jättes V ise vasakule küljele. Võrrandiks saab V = nRT ÷ P. Üks mool (n) korda 8,314 (R) korda 300 kelvinit (T) jagatuna 101 000 paskaliga (P) annab 0,0247 kuupmeetrit mahtu ehk 24,7 liitrit.
Võrrandivorm II
Loodusteaduste tundides on teine levinud Ideal Gas võrrandivorm PV = NkT. Suur „N” on osakeste (molekulide või aatomite) arv ja k on Boltzmanni konstant - arv, mis võimaldab moolide asemel kasutada osakeste arvu. Pange tähele, et heeliumi ja muude väärisgaaside jaoks kasutate aatomeid; kõigi teiste gaaside puhul kasutage molekule. Kasutage seda võrrandit samamoodi nagu eelmist. Näiteks mahutab 1-liitrine paak 1023 lämmastiku molekulid. Kui langetate temperatuuri kondi jahutavaks 200 kelvinini, siis kui suur on paagis oleva gaasi rõhk? Võtke PV = NkT ja jagage mõlemad pooled V-ga, jättes P ise. Võrrandiks saab P = NkT ÷ V. Korruta 1023 molekulid (N) Boltzmanni konstandi (1,38 x 10-23), korrutatakse 200 kelviniga (T) ja jagatakse seejärel 0,001 kuupmeetriga (1 liiter), et saada rõhk: 276 kilopaskalit.