La compressione di un gas avvia cambiamenti nelle sue caratteristiche. Poiché lo stai comprimendo, il volume di spazio occupato dal gas diminuisce, ma succede molto di più di questo da solo. La compressione cambia anche la temperatura e la pressione del gas, a seconda delle specificità della situazione. Puoi capire i cambiamenti che si verificano usando un'importante legge in fisica chiamata legge dei gas ideali. Questa legge semplifica in qualche modo il processo nella vita reale, ma è utile in un'ampia gamma di situazioni.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Durante la compressione, il volume (V) di un gas diminuisce. Quando ciò accade, la pressione (P) del gas aumenta se il numero di moli (n) di gas rimane costante. Se si mantiene la pressione costante, riducendo la temperatura (T) provoca anche la compressione del gas.
La legge del gas ideale è l'informazione chiave necessaria per rispondere a domande relative all'espansione o alla compressione di un gas. Si afferma: PV = nRT. La quantità R è la costante universale dei gas e ha il valore R = 8,3145 J/mol K.
La Legge del Gas Ideale Spiegata
La legge del gas ideale spiega cosa succede a un modello semplificato di un gas in una serie di situazioni. I fisici chiamano un gas "ideale" quando le molecole di cui è composto non interagiscono oltre a rimbalzare l'una sull'altra come palline. Questo non cattura l'immagine precisa, ma per la maggior parte delle situazioni che incontri, la legge fa buone previsioni a prescindere. La legge del gas ideale semplifica una situazione altrimenti complicata, quindi è facile fare previsioni su cosa accadrà.
La legge dei gas ideali mette in relazione la temperatura (T), il numero di moli del gas (n), il volume del gas (V), e la pressione del gas (P) tra loro, usando una costante chiamata costante universale dei gas (R = 8,3145 J/mol K). La legge afferma:
PV = nRT
Suggerimenti
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Per usare questa legge, dichiari le temperature in Kelvin, il che è facile perché 0 gradi C sono 273 K, e aggiungendo un grado in più la temperatura in Kelvin aumenta di uno. Kelvin è come Celsius tranne che -273 gradi C è il punto di partenza di 0 K.
Devi anche esprimere la quantità di gas in moli. Questi sono comunemente usati in chimica e una mole è la massa atomica relativa della molecola di gas ma in grammi.
Compressione di un gas ideale
La compressione di qualcosa riduce il suo volume, quindi quando si comprime un gas, il suo volume diminuisce. Riorganizzare la legge del gas ideale mostra come questo influenzi altre caratteristiche del gas:
V = nRT / P
Questa equazione è sempre vera. Se comprimi un numero fisso di moli di gas, e lo fai in un processo isotermico (che rimane a stessa temperatura), la pressione deve aumentare per tenere conto del minor volume a sinistra del equazione. Allo stesso modo, quando raffreddi un gas (riduci T) ad una pressione fissa, il suo volume diminuisce – si comprime.
Se si comprime un gas senza vincolare la temperatura o la pressione, il rapporto tra temperatura e pressione deve diminuire. Se ti viene mai chiesto di elaborare qualcosa del genere, probabilmente ti verranno fornite ulteriori informazioni per semplificare il processo.
Modifica della pressione di un gas ideale
La legge del gas ideale rivela cosa succede quando si cambia la pressione di un gas ideale nello stesso modo in cui la legge ha fatto per il volume. Tuttavia, l'utilizzo di un approccio diverso mostra come la legge dei gas ideali può essere utilizzata per trovare quantità incognite. Il riordino della legge dà:
PV/ T = nR
Qui, R è una costante e se la quantità di gas rimane la stessa, lo è anche n. Usando i pedici, etichetti la pressione iniziale, il volume e la temperatura io e quelli finali f. Al termine del processo, la nuova pressione, volume e temperatura sono ancora correlati come sopra. Quindi puoi scrivere:
Pio Vio/ Tio = nR = Pf Vf / Tf
Questo significa:
Pio Vio/ Tio = Pf Vf / Tf
Questa relazione è utile in molte situazioni. Se stai cambiando la pressione ma con un volume fisso, allora Vio e Vf sono uguali, quindi si annullano e ti rimane:
Pio/ Tio = Pf / Tf
Che significa:
Pf / Pio = Tf / Tio
Quindi, se la pressione finale è due volte più grande della pressione iniziale, anche la temperatura finale deve essere due volte più grande della temperatura iniziale. Aumentando la pressione aumenta la temperatura del gas.
Se mantieni la stessa temperatura ma aumenti la pressione, le temperature si annullano e ti rimane:
Pio Vio= Pf Vf
Che puoi riorganizzare:
Pio / Pf = Vf / Vio
Questo mostra come la variazione della pressione influisca su una certa quantità di gas in un processo isotermico senza vincoli di volume. Se aumenti la pressione, il volume diminuisce e se diminuisci la pressione, il volume aumenta.