Mitä tapahtuu kaasun tilavuudelle puristuksen aikana?

Kaasun puristaminen aiheuttaa muutoksia sen ominaisuuksiin. Koska puristat sitä, kaasun käyttämä tila vähenee, mutta tapahtuu paljon enemmän kuin tämä yksin. Puristus muuttaa myös kaasun lämpötilaa ja painetta tilanteen erityispiirteiden mukaan. Voit ymmärtää muutokset, jotka tapahtuvat käyttämällä tärkeää fysiikan lakia, jota kutsutaan ihanteelliseksi kaasulakiksi. Tämä laki yksinkertaistaa tosielämän prosessia jonkin verran, mutta se on hyödyllinen monissa tilanteissa.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Pakkauksen aikana äänenvoimakkuus (V) kaasun määrä vähenee. Kun näin tapahtuu, paine (P) kaasu kasvaa, jos moolien (n) kaasu pysyy vakiona. Jos pidät paineen vakiona, alenna lämpötilaa (T) aiheuttaa myös kaasun puristumisen.

Ihanteellinen kaasulaki on keskeinen tieto, jota tarvitaan vastaamaan kysymyksiin, jotka liittyvät kaasun laajenemiseen tai puristamiseen. Se toteaa: PV = nRT. Määrä R on yleinen kaasuvakio ja sillä on arvo R = 8,3145 J / mol K.

Ihanteellinen kaasulaki selittää, mitä tapahtuu yksinkertaistetulle kaasumallille monissa tilanteissa. Fyysikot kutsuvat kaasua "ihanteelliseksi", kun molekyylit, joista se koostuu, eivät ole vuorovaikutuksessa kuin pomppivat toisistaan ​​kuin pienet pallot. Tämä ei kuvaa tarkkaa kuvaa, mutta useimmissa kohtaamissasi tilanteissa laki antaa hyviä ennusteita riippumatta. Ihanteellinen kaasulaki yksinkertaistaa muuten monimutkaista tilannetta, joten on helppo tehdä ennusteita siitä, mitä tapahtuu.

Ihanteellinen kaasulaki koskee lämpötilaa (T), kaasumoolien lukumäärä (n), kaasun tilavuus (V) ja kaasun paine (P) toisilleen käyttämällä vakiota, jota kutsutaan yleiseksi kaasuvakiona (R = 8,3145 J / mol K). Laissa todetaan:

PV = nRT

• Tämän lain käyttämiseksi ilmoitat lämpötilat Kelvinissä, mikä on helppoa, koska 0 astetta C on 273 K, ja ylimääräisen asteen lisääminen vain nostaa Kelvinin lämpötilaa yhdellä. Kelvin on kuin celsius, paitsi että -273 astetta C on 0 K.

  Sinun on myös ilmaistava kaasumäärä moolina. Näitä käytetään yleisesti kemiassa, ja yksi mooli on kaasumolekyylin suhteellinen atomimassa, mutta grammoina.

Jonkin pakkaaminen vähentää sen määrää, joten kun puristat kaasua, sen tilavuus pienenee. Ihanteellisen kaasulain uudelleen järjestäminen osoittaa, kuinka tämä vaikuttaa kaasun muihin ominaisuuksiin:

V = nRT / P

Tämä yhtälö on aina totta. Jos puristat kiinteän määrän moolia kaasua ja teet tämän isotermisessä prosessissa (joka pysyy - samassa lämpötilassa), paineen on kasvettava pienemmän tilavuuden huomioon ottamiseksi yhtälö. Vastaavasti kun jäähdytät kaasua (vähennä T) kiinteässä paineessa sen tilavuus pienenee - se puristuu.

Jos puristat kaasua rajoittamatta lämpötilaa tai painetta, lämpötilan ja paineen suhteen on laskettava. Jos sinua pyydetään tekemään jotain tällaista, sinulle luultavasti annetaan lisätietoja prosessin helpottamiseksi.

Ihanteellinen kaasulaki paljastaa, mitä tapahtuu, kun muutat ihanteellisen kaasun painetta samalla tavalla kuin laki muutti tilavuudelle. Eri lähestymistavan käyttäminen osoittaa kuitenkin, kuinka ihanteellista kaasulakia voidaan käyttää tuntemattomien määrien löytämiseen. Lain uudelleenjärjestely antaa:

PV/ T = nR

Tässä, R on vakio ja jos kaasumäärä pysyy samana, niin on n. Merkitse alipaine, tilavuus ja lämpötila tilaamalla tilauksia i ja viimeiset f. Kun prosessi on valmis, uusi paine, tilavuus ja lämpötila ovat edelleen samankaltaisia ​​kuin yllä. Joten voit kirjoittaa:

P_i V_i/ T_i = nR = P_f V_f / T_f

Tämä tarkoittaa:

P_i V_i/ T_i = P_f V_f / T_f

Tämä suhde on hyödyllinen monissa tilanteissa. Jos muutat painetta, mutta kiinteällä äänenvoimakkuudella, niin V_i ja V_f ovat samat, joten ne peruutetaan, ja sinulle jää:

P_i/ T_i = P_f / T_f

Joka tarkoittaa:

P_f / P_i = T_f / T_i

Joten jos lopullinen paine on kaksi kertaa suurempi kuin aloituspaine, lopullisen lämpötilan on oltava myös kaksi kertaa niin suuri kuin aloituslämpötila. Paineen nostaminen nostaa kaasun lämpötilaa.

Jos pidät lämpötilan samana, mutta korotat painetta, lämpötilat peruuntuvat, ja sinulle jää:

P_i V_i= P_f V_f

Minkä voit järjestää uudelleen:

P_i / P_f = V_f / V_i

Tämä osoittaa, kuinka paineen muuttaminen vaikuttaa tiettyyn määrään kaasua isotermisessä prosessissa ilman rajoituksia tilavuudelle. Jos lisäät painetta, äänenvoimakkuus pienenee ja jos lasket painetta, äänenvoimakkuus kasvaa.