Ovisno o vašem poslu ili drugim aspektima vašeg načina života, povremeno ili redovito možete raditi s cilindrima pod tlakom koji sadrže jednu ili više vrsta plina. "Plin" u ovom kontekstu nije kratica od "benzin", već se odnosi na bilo koju tvar u plinovitom, za razliku od krutog ili tekućeg stanja. Jedan od popularnih primjera je propan s ugljikovodičnim gorivom.
Povremeno ćete možda morati pronaći težinu plina unutar cilindra. Jedan grubi način da se to učini bio bi vaganje cilindra koji sadrži dotični plin, pražnjenje cijelog plina i ponovno vaganje cilindra; razlika u vrijednostima bila bi masa plina, pod pretpostavkom da zrak ne može teći u posudu i dodati masu koja bi odbacila proračun. To bi, međutim, bilo očito rasipanje kemijskih resursa.
Postoji li bolji način? Doista, i nauči vas malo fizike i kemije u pogodbi.
Standardni plinski cilindar
Svrha spremanja komprimiranih plinova u cilindre i druge spremnike je izravna: omogućuje transport većeg broja tvari i njihovo skladištenje u manjem fizičkom prostoru volumena nego što bi bio potreban da se dotičnom plinu omogući prirodna raspodjela, kao i molekule plina i druge čestice koje čine zrak u atmosferi oko vas.
To, nažalost, podrazumijeva kompromis: komprimiranje plinova (odnosno smanjenje njihove zapremine) podrazumijeva proporcionalno povećanje tlaka, pod pretpostavkom da se drže sve ostale varijable, poput temperature konstantno. Ovo se dalje istražuje u kasnijem odjeljku.
Stoga plinske boce imaju unutarnji tlak viši od atmosferskog tlaka, koji na površini Zemlje iznosi 14,7 funti po kvadratnom inču (psi). Tvari koje sadrže moraju imati točke vrelišta ispod 20 Celzijevih stupnjeva (68 stupnjeva Fahrenheita) da bi se smatrali plinovima, jer bi u protivnom ostali krutine iznad "sobne temperature" ili tako.
Zakon o idealnom plinu
Zakon o idealnom plinu kaže da:
PV = nRT
gdje Str je pritisak, V je glasnoća, n broj prisutnih molova plina, R je konstanta i T je temperatura u Kelvinima (K). U situaciji u kojoj T i n su stalni ali Str i V mogu se promijeniti, na primjer kada se ventil otvori u cilindru koji sadrži plin, to znači da je proizvod od Str i V je konstanta tijekom procesa. U simbolima:
Str1V1 = P2V2
Izračunavanje volumena komprimiranog plina
Recimo da imate bocu dušika pohranjenu na normalnoj temperaturi (20 C) i tlaku (14,7 psi) s oznakom zapremine 29,5 L i unutarnjim tlakom od 2200 psi. Koliki je "prirodni" volumen plinovitog dušika?
Kad bi se plin oslobodio, raspršio bi se u cijeloj okolini i njegov bi tlak postao jednak atmosferskom. Stoga možete koristiti odnos izveden gore gdje je P1 = 2200 psi, V1 = 29,5 L i P2 = 14,7 psi za pronalaženje V2:
(2.200) (29,5) / (14,7) = V2 = 4.415 L
Izračunavanje mase plina: je li potrebna masa cilindra?
Da biste izračunali masu ovog volumena plina, morate znati njegovu gustoću u normalnim uvjetima. Za ove informacije potražite stranicu poput one u resursima.
Dušik (N2) ima molekularnu masu 28,0 g / mol i gustoću 1,17 kg / m3 = 1,17 g / L na 20 C. Budući da je gustoća masa podijeljena s volumenom, masa je jednaka volumenu i gustoći; u ovom slučaju:
(4.415 L) (1.17 g / L) = 5.165 g = 5.165 kg
- To je oko 11,5 kilograma dušika (1 kg = 2,204 lb).
I, kao što vidite, odgovor na pitanje o masi cilindra je ne! Sve što vam treba je malo praktičnog znanja iz kemije i malo ustrajnosti.