La compression d'un gaz initie des changements dans ses caractéristiques. Parce que vous le comprimez, le volume d'espace occupé par le gaz diminue, mais il se passe bien plus que cela seul. La compression modifie également la température et la pression du gaz, en fonction des spécificités de la situation. Vous pouvez comprendre les changements qui se produisent en utilisant une loi importante en physique appelée loi des gaz parfaits. Cette loi simplifie quelque peu le processus de la vie réelle, mais elle est utile dans un large éventail de situations.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Pendant la compression, le volume (V) d'un gaz diminue. Lorsque cela se produit, la pression (P) du gaz augmente si le nombre de moles (m) du gaz reste constant. Si vous maintenez la pression constante, en réduisant la température (T) provoque également la compression du gaz.
La loi des gaz parfaits est l'information clé nécessaire pour répondre aux questions liées à l'expansion ou à la compression d'un gaz. Il est dit:
La loi des gaz parfaits expliquée
La loi des gaz parfaits explique ce qui arrive à un modèle simplifié d'un gaz dans une gamme de situations. Les physiciens appellent un gaz « idéal » lorsque les molécules qui le composent n'interagissent pas au-delà de rebondir les unes sur les autres comme de petites balles. Cela ne donne pas une image précise, mais pour la plupart des situations que vous rencontrez, la loi fait de bonnes prédictions malgré tout. La loi des gaz parfaits simplifie une situation autrement compliquée, il est donc facile de faire des prédictions sur ce qui va se passer.
La loi des gaz parfaits concerne la température (T), le nombre de moles de gaz (m), le volume de gaz (V), et la pression du gaz (P) les uns par rapport aux autres, en utilisant une constante appelée constante universelle des gaz (R = 8,3145 J/mol K). La loi stipule :
PV = nRT
Conseils
-
Pour utiliser cette loi, vous indiquez les températures en Kelvin, ce qui est facile car 0 degré C équivaut à 273 K, et l'ajout d'un degré supplémentaire augmente simplement la température en Kelvin d'un. Kelvin est comme Celsius sauf que -273 degrés C est le point de départ de 0 K.
Vous devez également exprimer la quantité de gaz en moles. Ceux-ci sont couramment utilisés en chimie, et une mole est la masse atomique relative de la molécule de gaz, mais en grammes.
Compression d'un gaz parfait
Comprimer quelque chose réduit son volume, donc lorsque vous comprimez un gaz, son volume diminue. La réorganisation de la loi des gaz parfaits montre comment cela affecte d'autres caractéristiques du gaz :
V = nRT / P
Cette équation est toujours vraie. Si vous comprimez un nombre fixe de moles de gaz et que vous le faites dans un processus isotherme (qui reste à la même température), la pression doit augmenter pour tenir compte du plus petit volume à gauche du équation. De même, lorsque vous refroidissez un gaz (réduisez T) à pression fixe, son volume diminue – il se comprime.
Si vous comprimez un gaz sans contraindre la température ou la pression, le rapport température/pression doit diminuer. Si jamais on vous demande de travailler sur quelque chose comme ça, vous recevrez probablement plus d'informations pour faciliter le processus.
Modification de la pression d'un gaz parfait
La loi des gaz parfaits révèle ce qui se passe lorsque vous modifiez la pression d'un gaz parfait de la même manière que la loi l'a fait pour le volume. Cependant, l'utilisation d'une approche différente montre comment la loi des gaz parfaits peut être utilisée pour trouver des quantités inconnues. Réorganiser la loi donne :
PV/ T = nR
Ici, R est une constante et si la quantité de gaz reste la même, il en est de même m. À l'aide d'indices, vous étiquetez la pression, le volume et la température de départ je et les derniers F. Lorsque le processus se termine, la nouvelle pression, le volume et la température sont toujours liés comme ci-dessus. Vous pouvez donc écrire :
Pje Vje/ Tje = nR = PF VF / TF
Ça signifie:
Pje Vje/ Tje = PF VF / TF
Cette relation est utile dans de nombreuses situations. Si vous modifiez la pression mais avec un volume fixe, alors Vje et VF sont les mêmes, donc ils s'annulent, et il vous reste :
Pje/ Tje = PF / TF
Ce qui signifie:
PF / Pje = TF / Tje
Ainsi, si la pression finale est deux fois plus élevée que la pression initiale, la température finale doit également être deux fois plus élevée que la température initiale. L'augmentation de la pression augmente la température du gaz.
Si vous gardez la même température mais augmentez la pression, les températures s'annulent à la place, et il vous reste :
Pje Vje= PF VF
Que vous pouvez réorganiser :
Pje / PF = VF / Vje
Cela montre comment le changement de pression affecte une certaine quantité de gaz dans un processus isotherme sans contrainte de volume. Si vous augmentez la pression, le volume diminue, et si vous diminuez la pression, le volume augmente.