Kujutage ette, et olete sukelduja ja peate arvutama oma paagi õhumahu. Või kujutage ette, et olete õhupalli teatud suuruseks õhku lasknud ja mõtlete, milline on õhupalli sees olev rõhk. Või oletame, et võrdlete tavalise ahju ja rösterahju küpsetusaegu. Kust sa alustad?
Kõik need küsimused on seotud õhu mahu ning õhurõhu, temperatuuri ja mahu suhtega. Ja jah, need on omavahel seotud! Õnneks on nende suhete lahendamiseks juba välja töötatud mitmeid teadusseadusi. Sa pead lihtsalt õppima, kuidas neid rakendada. Nimetame neid seadusi gaasiseadusteks.
Õhurõhk ja maht: Boyle'i seadus
Boyle'i seadus määratleb seose gaasimahu ja selle rõhu vahel. Mõelge sellele: kui võtate kastitäie õhku ja vajutate selle siis poole väiksemaks, on õhumolekulidel vähem ruumi liikumiseks ja nad põrkuvad üksteisega palju rohkem. Need õhumolekulide kokkupõrked omavahel ja anuma külgedega tekitavad õhurõhku.
Boyle'i seadus ei võta temperatuuri arvesse, nii ettemperatuur peab olema konstantneselle kasutamiseks.
Boyle'i seadus
väidab, et konstantsel temperatuuril varieerub teatud massi (või koguse) maht rõhuga pöördvõrdeliselt.Võrrandivormis on see:
P_1V_1 = P_2V_2
kus P1 ja V1 on algmaht ja -rõhk ning P2 ja V2 on uus maht ja rõhk.
NäideOletame, et kavandate sukeldumispaaki, kus õhurõhk on 3000 psi (naela ruuttolli kohta) ja paagi maht (või "maht") on 70 kuupmeetrit. Kui otsustate, et teete pigem suurema rõhuga 3500 psi paagi, siis milline oleks paagi maht, eeldades, et täidate selle sama õhuhulga ja hoiate temperatuuri samana?
Ühendage antud väärtused Boyle'i seadusega:
3000 \ text {psi} \ korda 70 \ text {ft} ^ 3 = 3500 \ text {psi} \ korda V_2
Lihtsustage, seejärel eraldage muutuja ühelt küljelt võrrand ja lahendage V jaoks2:
V_2 = \ frac {3000 \ text {psi} \ korda 70 \ text {ft} ^ 3} {3500 \ text {psi}} = 60 \ text {ft} ^ 3
Nii et teie akvalangipaagi teine versioon oleks 60 kuupmeetrit.
Õhutemperatuur ja -maht: Karli seadus
Aga mahu ja temperatuuri suhe? Kõrgem temperatuur paneb molekulid kiirenema, põrkudes järjest tugevamalt oma anuma külgedega kokku ja surudes selle väljapoole. Charlesi seadus annab selle olukorra matemaatika.
Karli seadusväidab, et püsiva rõhu korral on antud gaasi massi (koguse) maht otseselt proportsionaalne selle (absoluutse) temperatuuriga.
Või:
\ frac {V_1} {T_1} = \ frac {V_2} {T_2}
Karli seaduse jaoks tuleb rõhku hoida konstantsena ja temperatuuri tuleks mõõta kelvinites.
Rõhk, temperatuur ja maht: kombineeritud gaasiseadus
Mis siis, kui teil on rõhk, temperatuur ja maht ühes ja samas probleemis? Ka selle jaoks on reegel. TheKombineeritud gaasiseadusvõtab teabe Boyle'i seadusest ja Charlesi seadusest ning ühendab need kokku, et määratleda rõhu, temperatuuri ja mahu suhte teine aspekt.
TheKombineeritud gaasiseadusväidab, et antud koguse gaasi maht on proportsionaalne selle Kelvini temperatuuri ja rõhu suhtega. See kõlab keeruliselt, kuid vaadake võrrandit:
\ frac {P_1V_1} {T_1} = \ frac {P_2V_2} {T_2}
Jällegi tuleks temperatuuri mõõta kelvinites.
Ideaalne gaasiseadus
Üks viimane võrrand gaasi nende omaduste kohta onIdeaalne gaasiseadus. Seaduse annab järgmine võrrand:
PV = nRT
kus P = rõhk, V = maht, n = moolide arv, R onuniversaalne gaasikonstant, mis võrdub 0,0821 L-atm / mool-K, ja T on temperatuur Kelvinis. Kõigi ühikute õigeks muutmiseks peate teisendamaSI ühikud, teadusringkondade standardsed mõõtühikud. Mahu jaoks on see liitrit; rõhu jaoks atm; ja temperatuuri jaoks on Kelvin (n, moolide arv, on juba SI ühikutes).
Seda seadust nimetatakse ideaalseks gaasiseaduseks, kuna eeldatakse, et arvutused käsitlevad reegleid järgivaid gaase. Äärmuslikes tingimustes, nagu äärmiselt kuum või külm, võivad mõned gaasid toimida ideaalsest gaasist erinevalt Seadus soovitab, kuid üldiselt on ohutu eeldada, et teie arvutused seaduse järgi on õige.
Nüüd teate mitmel viisil õhumahu arvutamiseks erinevatel asjaoludel.