Mi az ideális gáztörvény?

Az ideális gáz törvény egy matematikai egyenlet, amelyet a gázok hőmérsékletével, térfogatával és nyomásával kapcsolatos problémák megoldására használhat. Bár az egyenlet közelítő, nagyon jó, és sokféle körülmény esetén hasznos. Két szorosan kapcsolódó formát használ, amelyek különböző módon számolják el a gáz mennyiségét.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

Az ideális gáz törvény PV = nRT, ahol P = nyomás, V = térfogat, n = gázmólok száma, T hőmérséklet és R arányossági állandó, általában 8,314. Az egyenlet lehetővé teszi a gázokkal kapcsolatos gyakorlati problémák megoldását.

Foglalkozik a mindennapi életben lévő gázokkal, mint például a levegő, amelyet belélegez, a hélium egy ballonban vagy a metán, a "földgáz", amelyet étel elkészítéséhez használ. Ezeknek az anyagoknak nagyon hasonló tulajdonságaik vannak, többek között a nyomásra és a hőre reagálva. Nagyon alacsony hőmérsékleten azonban a legtöbb valós gáz folyadékká alakul. Az ideális gáz ehhez képest inkább hasznos elvont ötlet, mint valódi anyag; például az ideális gáz soha nem válik folyadékká, és összenyomhatóságának nincs határa. A legtöbb valós gáz azonban elég közel van ahhoz az ideális gázhoz, amelyhez számos gyakorlati probléma megoldására használhatja az ideális gáz törvényét.

Az ideális gáz törvény egyenleteinek nyomása és térfogata az egyenlőségjel egyik oldalán, mennyisége és hőmérséklete a másik oldalon van. Ez azt jelenti, hogy a nyomás és a térfogat szorzata arányos marad a mennyiség és a hőmérséklet szorzatával. Ha például rögzített mennyiségű, fix térfogatú gáz hőmérsékletét növeli, akkor a nyomásnak is növekednie kell. Vagy ha állandóan tartja a nyomást, akkor a gáznak nagyobb térfogatra kell terjeszkednie.

Az ideális gáz törvény helyes használatához abszolút hőmérsékleti egységeket kell alkalmaznia. A Celsius fok és a Fahrenheit nem fog működni, mert negatív számokra mehetnek. Az ideális gázra vonatkozó negatív hőmérséklet negatív nyomást vagy térfogatot ad, amely nem létezhet. Ehelyett használja a Kelvin-skálát, amely abszolút nulláról indul. Ha angol egységekkel dolgozik, és Fahrenheit-hez kapcsolódó skálát szeretne, használja a Rankine skálát, amely szintén abszolút nullánál kezdődik.

Az ideális gázegyenlet első általános formája a PV = nRT, ahol P jelentése nyomás, V térfogat, n a gázmólok száma, R egy arányossági állandó, általában 8,314, T pedig hőmérséklet. A metrikus rendszerhez pascákat használjon a nyomáshoz, köbmétereket a térfogathoz és Kelvineket a hőmérséklethez. Példaként említve, 1 mol héliumgáz 300 Kelvin (szobahőmérséklet) mellett 101 kilopascal nyomás alatt van (tengerszint nyomás). Mennyi kötetet foglal el? Vegyük a PV = nRT értéket, és osszuk el mindkét oldalt P-vel, V-t önmagában hagyva a bal oldalon. Az egyenletből V = nRT ÷ P lesz. Egy mól (n) 8,314 (R) -szerese 300 Kelvin (T) -szeresen elosztva 101 000 paskal (P) 0,0247 köbméter térfogatot, vagyis 24,7 litert ad.

A természettudományi órákon egy másik gyakori ideális gázegyenlet-forma, amelyet látni fog, a PV = NkT. A nagy „N” a részecskék (molekulák vagy atomok) száma, és k a Boltzmann-állandó, egy szám, amely lehetővé teszi a részecskék számának felhasználását a vakondok helyett. Vegye figyelembe, hogy héliumhoz és más nemesgázokhoz atomokat használ; az összes többi gáz esetében használjon molekulákat. Használja ezt az egyenletet ugyanúgy, mint az előzőt. Például egy 1 literes tartályba 10 fér el²³ nitrogénmolekulák. Ha a hőmérsékletet csontig elnyomó 200 Kelvinre csökkenti, mekkora a tartályban lévő gáz nyomása? Vegyük a PV = NkT értéket, és osszuk el mindkét oldalt V-vel, P-t önmagában hagyva. Az egyenlet P = NkT ÷ V lesz. Szorozzon 10-et²³ molekulák (N) Boltzmann-féle állandóval (1,38 x 10^-23), szorozzuk meg 200 Kelvinnel (T), majd osszuk el 0,001 köbméterrel (1 liter), hogy megkapjuk a nyomást: 276 kilopascal.