Mikä on ihanteellinen kaasulaki?

Ideaalikaasulaki on matemaattinen yhtälö, jolla voit ratkaista kaasujen lämpötilaan, tilavuuteen ja paineeseen liittyviä ongelmia. Vaikka yhtälö on likiarvo, se on erittäin hyvä, ja se on hyödyllinen monenlaisissa olosuhteissa. Se käyttää kahta toisiinsa läheisesti liittyvää muotoa, jotka ottavat huomioon kaasun määrän eri tavoin.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Ihanteellinen kaasulaki on PV = nRT, jossa P = paine, V = tilavuus, n = kaasumoolien lukumäärä, T on lämpötila ja R on suhteellisuusvakio, yleensä 8,314. Yhtälön avulla voit ratkaista käytännön ongelmia kaasuilla.

Käsittelet jokapäiväisessä elämässä olevia kaasuja, kuten hengittämääsi ilmaa, juhlapallossa olevaa heliumia tai metaania, "maakaasua", jota käytät ruoan valmistamiseen. Näillä aineilla on hyvin samanlaiset yhteiset ominaisuudet, mukaan lukien ne, joilla ne reagoivat paineeseen ja lämpöön. Hyvin matalissa lämpötiloissa useimmat todelliset kaasut muuttuvat kuitenkin nesteiksi. Ihanteellinen kaasu on vertailun vuoksi pikemminkin hyödyllinen abstrakti idea kuin todellinen aine; esimerkiksi ihanteellinen kaasu ei koskaan muutu nestemäiseksi, eikä sen kokoonpuristuvuudelle ole rajoituksia. Suurin osa todellisista kaasuista on kuitenkin riittävän lähellä ihanteellista kaasua, jota voit käyttää Ideal Gas -lailla monien käytännön ongelmien ratkaisemiseksi.

Ideaalikaasulain yhtälöissä on paine ja tilavuus yhtäläisyysmerkin toisella puolella ja toisella puolella määrä ja lämpötila. Tämä tarkoittaa, että paineen ja tilavuuden tulo pysyy verrannollisena määrän ja lämpötilan tuloon. Jos esimerkiksi nostat kiinteän määrän kiinteää määrää kaasua kiinteässä määrässä, myös paineen on noustava. Tai jos pidät paineen vakiona, kaasun täytyy laajentua suurempaan tilavuuteen.

Jotta voit käyttää ihanteellisen kaasun lakia oikein, sinun on käytettävä absoluuttisia lämpötilan yksiköitä. Celsius- ja Fahrenheit-asteet eivät toimi, koska ne voivat mennä negatiivisiin lukuihin. Ideaalikaasulain negatiiviset lämpötilat antavat sinulle alipaineen tai tilavuuden, jota ei voi olla. Käytä sen sijaan Kelvin-asteikkoa, joka alkaa absoluuttisesta nollasta. Jos työskentelet englantilaisten yksiköiden kanssa ja haluat Fahrenheitiin liittyvän asteikon, käytä Rankine-asteikkoa, joka alkaa myös absoluuttisesta nollasta.

Ideaalikaasun yhtälön ensimmäinen yleinen muoto on PV = nRT, jossa P on paine, V on tilavuus, n on kaasumoolien lukumäärä, R on suhteellisuusvakio, tyypillisesti 8,314, ja T on lämpötila. Käytä metrijärjestelmässä painetta paskaaleilla, tilavuudeltaan kuutiometreillä ja lämpötilaa Kelvineillä. Yksi esimerkki: 1 mooli heliumkaasua 300 kelvinillä (huoneenlämpötila) on alle 101 kilopascalia (merenpinnan paine). Kuinka paljon se vie? Ota PV = nRT ja jaa molemmat puolet P: llä, jättäen V itsestään vasemmalle puolelle. Yhtälöstä tulee V = nRT ÷ P. Yksi mooli (n) kertaa 8,314 (R) kertaa 300 kelviniä (T) jaettuna 101 000 paskalilla (P) antaa 0,0247 kuutiometriä tilavuutta tai 24,7 litraa.

Luonnontieteiden luokissa toinen yleinen Ideal Gas -yhtälömuoto on PV = NkT. Suuri "N" on hiukkasten (molekyylien tai atomien) lukumäärä ja k on Boltzmannin vakio, luku, jonka avulla voit käyttää hiukkasten määrää moolien sijaan. Huomaa, että heliumille ja muille jalokaasuille käytetään atomeja; kaikille molekyyleille, käytä molekyylejä. Käytä tätä yhtälöä suunnilleen samalla tavalla kuin edellinen. Esimerkiksi 1 litran säiliöön mahtuu 10²³ typpimolekyylit. Mikä on säiliössä olevan kaasun paine, jos lasket lämpötilan luiden viilentäväksi 200 kelviniksi? Ota PV = NkT ja jaa molemmat puolet V: llä, jättäen P itsestään. Yhtälöstä tulee P = NkT ÷ V. Kerro 10²³ molekyylit (N) Boltzmannin vakion (1,38 x 10^-23), kerrotaan 200 kelviinillä (T) ja jaetaan sitten 0,001 kuutiometrillä (1 litra) paineen saamiseksi: 276 kilopascalia.