Što je Zakon o idealnom plinu?

Zakon o idealnom plinu matematička je jednadžba pomoću koje možete riješiti probleme koji se odnose na temperaturu, volumen i tlak plinova. Iako je jednadžba približna, vrlo je dobra i korisna je za širok raspon uvjeta. Koristi dva usko povezana oblika koja na različite načine uzimaju u obzir količinu plina.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Zakon idealnog plina je PV = nRT, gdje je P = tlak, V = volumen, n = broj molova plina, T je temperatura, a R konstanta proporcionalnosti, obično 8,314. Jednadžba vam omogućuje rješavanje praktičnih problema s plinovima.

U svakodnevnom životu bavite se plinovima, poput zraka koji udišete, helija u balonu za zabavu ili metana, "prirodnog plina" koji koristite za kuhanje hrane. Te tvari imaju vrlo slična zajednička svojstva, uključujući način na koji reagiraju na pritisak i toplinu. Međutim, na vrlo niskim temperaturama većina stvarnih plinova pretvara se u tekućinu. Za usporedbu, idealan plin više je korisna apstraktna ideja nego stvarna tvar; na primjer, idealan plin nikada se ne pretvara u tekućinu i nema ograničenja njegove stišljivosti. Međutim, većina stvarnih plinova dovoljno je blizu idealnom plinu da možete upotrijebiti zakon o idealnom plinu za rješavanje mnogih praktičnih problema.

Jednadžbe zakona Idealnog plina imaju tlak i volumen s jedne strane znaka jednakosti te količinu i temperaturu s druge strane. To znači da umnožak tlaka i volumena ostaje proporcionalan umnošku količine i temperature. Ako, na primjer, povećate temperaturu fiksne količine plina u fiksnom volumenu, mora se povećati i tlak. Ili, ako održavate konstantni tlak, plin se mora proširiti u veći volumen.

Da biste pravilno koristili zakon o idealnom plinu, morate upotrijebiti apsolutne jedinice temperature. Stupnjevi Celzijusa i Fahrenheita neće raditi jer mogu ići na negativne brojeve. Negativne temperature u zakonu o idealnom plinu daju vam negativni tlak ili volumen, koji ne mogu postojati. Umjesto toga, upotrijebite Kelvinovu ljestvicu koja započinje s apsolutnom nulom. Ako radite s engleskim jedinicama i želite Fahrenheitovu ljestvicu, upotrijebite Rankineovu ljestvicu koja također započinje s apsolutnom nulom.

Prvi uobičajeni oblik jednadžbe idealnog plina je PV = nRT, gdje je P tlak, V volumen, n broj molova plina, R konstanta proporcionalnosti, obično 8,314, a T temperatura. Za metrički sustav upotrijebite paskale za tlak, kubne metre za volumen i Kelvine za temperaturu. Da uzmemo jedan primjer, 1 mol plina helija na 300 Kelvina (sobna temperatura) pod pritiskom je 101 kilopaskala (tlak na razini mora). Koliki volumen zauzima? Uzmite PV = nRT i podijelite obje strane s P, ostavljajući V samo na lijevoj strani. Jednadžba postaje V = nRT ÷ P. Jedan mol (n) puta 8,314 (R) puta 300 Kelvina (T) podijeljen sa 101 000 paskala (P) daje 0,0247 kubnih metara zapremine ili 24,7 litara.

Na satovima prirodoslovlja, još jedan uobičajeni oblik jednadžbe idealnog plina koji ćete vidjeti je PV = NkT. Veliki "N" je broj čestica (molekula ili atoma), a k je Boltzmannova konstanta, broj koji vam omogućuje da umjesto čestica koristite broj čestica. Imajte na umu da za helij i druge plemenite plinove koristite atome; za sve ostale plinove upotrijebite molekule. Koristite ovu jednadžbu na približno isti način kao i prethodnu. Na primjer, u spremnik od 1 litre staje 10²³ molekule dušika. Ako temperaturu spustite na 200 Kelvina hladnih za kosti, koliki je tlak plina u spremniku? Uzmi PV = NkT i podijeli obje strane s V, ostavljajući P sam od sebe. Jednadžba postaje P = NkT ÷ V. Pomnoži 10²³ molekule (N) Boltzmannovom konstantom (1,38 x 10^-23), pomnožite s 200 Kelvina (T), a zatim podijelite s 0,001 kubnih metara (1 litra) da biste dobili tlak: 276 kilopaskala.