כיצד ירידה בטמפרטורה משפיעה על לחץ הגז הכלול?

בניגוד למולקולות בנוזל או במוצק, אלו הנמצאים בגז יכולים לנוע בחופשיות במרחב בו אתה מגביל אותם. הם עפים סביב, מדי פעם מתנגשים זה בזה ועם קירות המכולה. הלחץ הקולקטיבי שהם מפעילים על קירות המכולה תלוי בכמות האנרגיה שיש להם. הם שואבים אנרגיה מהחום בסביבתם, כך שאם הטמפרטורה עולה, כך גם הלחץ. למעשה, שתי הכמויות קשורות בחוק הגז האידיאלי.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

במיכל קשיח, הלחץ שמפעיל גז משתנה ישירות עם הטמפרטורה. אם המיכל אינו נוקשה, גם נפח וגם לחץ משתנים עם הטמפרטורה על פי חוק הגז האידיאלי.

חוק הגז האידיאלי, שמקורו בחוק בויל ובחוק צ'ארלס וגיי לוסאק, נגזר במשך תקופה של שנים באמצעות עבודתם הניסויית של מספר אנשים. הראשון קובע כי, בטמפרטורה נתונה (T), הלחץ (P) של גז מוכפל בנפח (V) שהוא תופס הוא קבוע. האחרון אומר לנו שכשמסת הגז (n) מוחזקת קבועה, הנפח פרופורציונלי ישירות לטמפרטורה. בצורתו הסופית, חוק הגז האידיאלי קובע:

כאשר R הוא קבוע הנקרא קבוע הגז האידיאלי.

אם אתה שומר על מסת גז ונפח המיכל קבועים, קשר זה אומר לך כי הלחץ משתנה ישירות עם הטמפרטורה. אם היית משרטט ערכים שונים של טמפרטורה ולחץ, הגרף היה קו ישר עם שיפוע חיובי.

גז אידיאלי הוא כזה שבו מניחים שהחלקיקים הם אלסטיים לחלוטין ואינם מושכים או דוחים זה את זה. יתר על כן, חלקיקי הגז עצמם מניחים שאין להם נפח. אף על פי שאף גז אמיתי אינו ממלא את התנאים הללו, רבים מתקרבים מספיק בכדי לאפשר ליישם קשר זה. עם זאת, עליכם לקחת בחשבון גורמים בעולם האמיתי כאשר לחץ או מסת הגז הופכים גבוהים מאוד, או שהנפח והטמפרטורה הופכים נמוכים מאוד. עבור רוב היישומים בטמפרטורת החדר, חוק הגז האידיאלי מספק קירוב מספיק טוב להתנהגותם של רוב הגזים.

כל עוד נפח ומסת הגז קבועים, הקשר בין לחץ לטמפרטורה הופך להיות:

כאשר K הוא קבוע שמקורו בנפח, מספר שומות הגז וקבוע הגז האידיאלי. אם אתה מכניס גז שעומד בתנאי הגז האידיאליים במיכל עם קירות קשיחים כך שהנפח לא יכול להשתנות, אטום את המיכל ולמדוד את הלחץ על קירות המכולה, תראה אותו יורד ככל שתנמיך את טֶמפֶּרָטוּרָה. מכיוון שהקשר הזה הוא ליניארי, אתה רק צריך שתי קריאות של טמפרטורה ולחץ כדי לצייר קו שממנו אתה יכול להקפיץ את לחץ הגז בכל טמפרטורה נתונה.

קשר לינארי זה מתפרק בטמפרטורות נמוכות מאוד כאשר האלסטיות הלא מושלמת של הגז מולקולות הופכות להיות חשובות מספיק כדי להשפיע על התוצאות, אך הלחץ עדיין יפחת ככל שתוריד את טֶמפֶּרָטוּרָה. הקשר יהיה גם לא לינארי אם מולקולות הגז גדולות מספיק כדי למנוע את סיווג הגז כאידיאלי.