Työstäsi tai muusta elämäntavastasi riippuen voit toisinaan tai säännöllisesti työskennellä paineistettujen pullojen kanssa, jotka sisältävät yhtä tai useampaa kaasua. "Kaasu" ei tässä yhteydessä ole lyhenne sanoista "bensiini", vaan tarkoittaa mitä tahansa ainetta kaasumaisessa tilassa kiinteän tai nestemäisessä tilassa. Yksi suosittu esimerkki on hiilivetypolttoaineen propaani.
Joskus joudut ehkä löytämään kaasun painon sylinterin sisällä. Yksi raaka tapa tehdä tämä olisi punnita kyseistä kaasua sisältävä sylinteri, tyhjentää kaikki kaasu ja punnita sylinteri uudelleen; arvoero olisi kaasun massa, olettaen, ettei ilma pääse virtaamaan säiliöön ja lisää massaa, joka heittäisi laskennan pois. Tämä olisi kuitenkin selvää kemiallisten resurssien tuhlausta.
Onko olemassa parempaa tapaa? Todellakin, ja se opettaa sinulle vähän fysiikkaa ja kemiaa.
Tavallinen kaasupullo
Puristettujen kaasujen varastoinnin sylintereihin ja muihin astioihin tarkoitus on yksinkertainen: Se mahdollistaa suuremman aineen kuljetuksen ja varastoinnin pienemmässä fyysisessä kuin mitä vaadittaisiin, jos kyseisen kaasun annettaisiin leviää itsestään luonnollisesti, samoin kuin kaasumolekyylien ja muiden hiukkasten, jotka muodostavat ilman ympäröivässä ilmakehässä sinä.
Valitettavasti tähän liittyy kompromissi: Kaasujen puristamiseen (eli niiden tilavuuden pienentämiseen) liittyy suhteellinen paineen nousu olettaen, että kaikki muut muuttujat, kuten lämpötila, pidetään voimassa vakio. Tätä tutkitaan tarkemmin myöhemmässä osassa.
Siksi kaasupullojen sisäiset paineet ovat korkeammat kuin ilmakehän paine, joka on 14,7 paunaa neliötuumalle (psi) maapallon pinnalla. Niiden sisältämien aineiden kiehumispisteiden on oltava alle 20 celsiusastetta (68 astetta Fahrenheit-astetta) jotta niitä voidaan pitää kaasuina, sillä muuten ne pysyisivät kiinteinä aineina yli "huoneen lämpötilan" tai niin.
Ihanteellinen kaasulaki
Ihanteellisessa kaasulaissa todetaan, että:
PV = nRT
missä P on paine, V on äänenvoimakkuus, n on läsnä olevan kaasumoolin määrä, R on vakio ja T on lämpötila Kelvineinä (K). Tilanteessa, jossa T ja n ovat jatkuvia, mutta P ja V voi muuttua, esimerkiksi kun venttiili avataan kaasua sisältävässä pullossa, tämä tarkoittaa, että P ja V on vakio koko prosessin ajan. Symboleina:
P1V1 = P2V2
Puristetun kaasun tilavuuden laskeminen
Oletetaan, että typpi on varastoitu normaalilämpötilaan (20 ° C) ja paineeseen (14,7 psi), joka on merkitty tilavuudella 29,5 l ja sisäinen paine 2200 psi. Mikä on typpikaasun "luonnollinen" määrä?
Jos kaasu vapautuisi, se leviäisi ympäristöön ja sen paine olisi yhtä suuri kuin ilmakehän paine. Siksi voit käyttää yllä johdettua suhdetta, jossa P1 = 2200 psi, V1 = 29,5 l ja P2 = 14,7 psi löytääksesi V: n2:
(2200) (29,5) / (14,7) = V2 = 4415 l
Kaasun massan laskeminen: Tarvitaanko sylinterin massaa?
Tämän kaasumäärän massan laskemiseksi sinun on tiedettävä sen tiheys normaaleissa olosuhteissa. Lisätietoja saat resurssien sivulla olevalta sivulta.
Typpi (N2) molekyylipaino on 28,0 g / mol ja tiheys 1,17 kg / m3 = 1,17 g / L lämpötilassa 20 ° C. Koska tiheys on massa jaettuna tilavuudella, massa on yhtä suuri kuin tilavuus kertaa tiheys; tässä tapauksessa:
(4415 l) (1,17 g / l) = 5165 g = 5,165 kg
- Tämä on noin 11,5 kiloa typpeä (1 kg = 2,204 lb).
Ja kuten näette, vastaus sylinterin massaan ei ole! Tarvitset vain käytännön kemian tietämystä ja hieman sitkeyttä.
