Képzelje el, hogy búvárkodik, és ki kell számolnia a tartályának légtérfogatát. Vagy képzelje el, hogy egy bizonyos méretű léggömböt felrobbantott, és arra kíváncsi, milyen a nyomás a léggömb belsejében. Vagy tegyük fel, hogy összehasonlítja a szokásos sütő és a kenyérsütő főzési idejét. Honnan indulsz?
Mindezek a kérdések a levegő térfogatával, valamint a légnyomás, a hőmérséklet és a térfogat közötti összefüggéssel állnak összefüggésben. És igen, rokonok! Szerencsére számos tudományos törvény már kidolgozott e kapcsolatok kezelésére. Csak meg kell tanulni, hogyan kell alkalmazni őket. Ezeket a törvényeket gáztörvényeknek hívjuk.
Légnyomás és térfogat: Boyle törvénye
Boyle törvénye meghatározza a gázmennyiség és a nyomás közötti kapcsolatot. Gondolj erre: Ha veszel egy doboz levegőt, majd lenyomod a méretének a felére, akkor a légmolekuláknak kevesebb helyük lesz a mozgáshoz, és sokkal jobban egymásnak ütköznek. Ezek a légmolekulák egymással és a tartály oldalaival való ütközései okozzák a légnyomást.
Boyle törvénye nem veszi figyelembe a hőmérsékletet, ezért aa hőmérsékletnek állandónak kell lennieannak felhasználása érdekében.
Boyle törvényemegállapítja, hogy állandó hőmérsékleten egy bizonyos gáztömeg (vagy mennyiség) térfogata fordítva változik a nyomással.
Egyenlet formájában ez:
P_1V_1 = P_2V_2
ahol P1 és V1 a kezdeti térfogat és nyomás, valamint P2 és V2 az új térfogat és nyomás.
Példa: Tegyük fel, hogy egy búvártartályt tervez, ahol a légnyomás 3000 psi (font / négyzet hüvelyk), és a tartály térfogata (vagy "kapacitása") 70 köbméter. Ha úgy dönt, hogy inkább egy nagyobb, 3500 psi nyomású tartályt készít, akkor mekkora lenne a tartály térfogata, feltételezve, hogy ugyanannyi levegővel tölti fel és a hőmérsékletet ugyanazon tartja?
Csatlakoztassa a megadott értékeket Boyle törvényéhez:
3000 \ text {psi} \ szor 70 \ text {ft} ^ 3 = 3500 \ text {psi} \ szor V_2
Egyszerűsítsük, majd izoláljuk a változót az egyik oldalon az egyenletből, és oldjuk meg V-re2:
V_2 = \ frac {3000 \ text {psi} \ szor 70 \ text {ft} ^ 3} {3500 \ text {psi}} = 60 \ text {ft} ^ 3
Tehát a búvártartályod második verziója 60 köbméter lenne.
A levegő hőmérséklete és térfogata: Károly törvénye
Mi a helyzet a térfogat és a hőmérséklet kapcsolatával? Magasabb hőmérséklet miatt a molekulák felgyorsulnak, egyre erősebben ütköznek a tartályuk oldalaival és kifelé tolják. Károly törvénye adja a matematikát ehhez a helyzethez.
Károly törvényekijelenti, hogy állandó nyomáson az adott gáz tömegének (mennyiségének) térfogata egyenesen arányos annak (abszolút) hőmérsékletével.
Vagy:
\ frac {V_1} {T_1} = \ frac {V_2} {T_2}
Károly törvénye szerint a nyomást állandóan kell tartani, és a hőmérsékletet Kelvinben kell megmérni.
Nyomás, hőmérséklet és térfogat: A kombinált gáz törvény
És mi van akkor, ha a nyomás, a hőmérséklet és a térfogat ugyanabban a problémában van? Erre is van szabály. AKombinált gáz törvényaz információkat Boyle törvényéből és Charles törvényéből veszi át, és összekapcsolja őket, hogy meghatározzák a nyomás-hőmérséklet-térfogat viszony másik aspektusát.
AKombinált gáz törvénykijelenti, hogy egy adott gázmennyiség arányos a Kelvin-hőmérséklet és a nyomás arányával. Ez bonyolultnak hangzik, de vessen egy pillantást az egyenletre:
\ frac {P_1V_1} {T_1} = \ frac {P_2V_2} {T_2}
Ismét a hőmérsékletet Kelvinben kell mérni.
Az ideális gáztörvény
A gáz ezen tulajdonságaira vonatkozó utolsó egyenlet aIdeális gáztörvény. A törvényt a következő egyenlet adja:
PV = nRT
ahol P = nyomás, V = térfogat, n = molok száma, R azuniverzális gázállandó, ami 0,0821 L-atm / mol-K, és T a hőmérséklet Kelvinben. Annak érdekében, hogy az összes egység helyes legyen, konvertálnia kell a következőre:SI egységek, a tudományos közösség szabványos mértékegységei. A térfogatért ez liter; nyomáshoz atm; és a hőmérséklet szempontjából Kelvin (n, az anyajegyek száma már SI egységekben van).
Ezt a törvényt "ideális" gáztörvénynek hívják, mert feltételezi, hogy a számítások a szabályokat betartó gázokkal foglalkoznak. Szélsőséges körülmények között, mint például erősen meleg vagy hideg, egyes gázok másképp működhetnek, mint az ideális gáz A törvény azt javasolná, de általában nyugodtan feltételezhetjük, hogy a törvény alapján végzett számítások meg fognak valósulni helyes.
Most már többféle módon tudja kiszámítani a légmennyiséget különböző körülmények között.