წარმოიდგინეთ, რომ თქვენ ხართ მყვინთავი და უნდა გამოთვალოთ თქვენი ავზის ჰაერის ტევადობა. ან წარმოიდგინეთ, რომ ააფეთქეთ ბუშტი გარკვეულ ზომაზე და გაინტერესებთ როგორი წნევაა ბუშტის შიგნით. ან ჩათვალეთ, რომ ადარებთ ჩვეულებრივი ღუმელისა და ტოსტერი ღუმლის მომზადების დროს. საიდან იწყებ
ყველა ეს კითხვა უკავშირდება ჰაერის მოცულობას და დამოკიდებულებას ჰაერის წნევას, ტემპერატურასა და მოცულობას შორის. დიახ, ისინი ნათესავები არიან! საბედნიეროდ, უკვე შემუშავებულია მთელი რიგი სამეცნიერო კანონები ამ ურთიერთობების მოგვარების მიზნით. თქვენ უბრალოდ უნდა ისწავლოთ მათი გამოყენება. ამ კანონებს ჩვენ გაზის კანებს ვუწოდებთ.
ჰაერის წნევა და მოცულობა: ბოილის კანონი
ბოილის კანონი განსაზღვრავს ურთიერთობას გაზების მოცულობასა და მის წნევას შორის. იფიქრეთ ამაზე: თუ აიღებთ სავსე კოლოფს ჰაერით და დააჭირეთ მას მისი ზომის ნახევრამდე, ჰაერის მოლეკულებს გადაადგილების ნაკლები სივრცე ექნებათ და გაცილებით მეტი შეეჯახებიან ერთმანეთს. ჰაერის მოლეკულების ეს შეჯახება ერთმანეთთან და კონტეინერის გვერდებთან ქმნის ჰაერის წნევას.
ბოილის კანონი არ ითვალისწინებს ტემპერატურას, ამიტომტემპერატურა უნდა იყოს მუდმივიმისი გამოყენების მიზნით.
ბოილის კანონინათქვამია, რომ მუდმივ ტემპერატურაზე, გარკვეული მასის (ან რაოდენობის) გაზის მოცულობა საპირისპიროდ იცვლება წნევის შესაბამისად.
განტოლების ფორმით, ეს არის:
P_1V_1 = P_2V_2
სადაც პ1 და ვ1 არის საწყისი მოცულობა და წნევა და P2 და ვ2 არის ახალი მოცულობა და წნევა.
მაგალითი: დავუშვათ, რომ თქვენ შექმნით საცურაო ავზს, სადაც ჰაერის წნევა 3000 psi (ფუნტი კვადრატულ დიუმზე) და ავზის მოცულობა (ან "ტევადობა") 70 კუბური ფუტია. თუ გადაწყვეტთ გააკეთოთ ავზი უფრო მაღალი წნევით 3500 psi, რა მოცულობის ავზი უნდა იყოს, თუ ჩავთვლით რომ იგივე რაოდენობის ჰაერით შეავსებთ და ტემპერატურა იგივე შეინარჩუნეთ?
შეაერთეთ მოცემული მნიშვნელობები ბოილის კანონში:
3000 \ text {psi} \ ჯერ 70 \ text {ft} ^ 3 = 3500 \ text {psi} \ ჯერ V_2
გაამარტივეთ, შემდეგ კი იზოლირებადი ცვლადი ერთ მხარეს განტოლებაზე და ამოხსენით V- სთვის2:
V_2 = \ frac {3000 \ text {psi} \ ჯერ 70 \ text {ft} ^ 3} {3500 \ text {psi}} = 60 \ text {ft} ^ 3
ასე რომ, თქვენი საცავის მეორე ვერსია იქნება 60 კუბური ფუტი.
ჰაერის ტემპერატურა და მოცულობა: ჩარლზის კანონი
რაც შეეხება მოცულობასა და ტემპერატურას შორის დამოკიდებულებას? უფრო მაღალი ტემპერატურა აჩქარებს მოლეკულებს, უფრო და უფრო ეჯახება კონტეინერის გვერდებს და უბიძგებს მას გარეთ. ჩარლზის კანონი იძლევა ამ სიტუაციის მათემატიკას.
ჩარლზის კანონიაცხადებს, რომ მუდმივი წნევის დროს მოცემული მასის (რაოდენობის) გაზის მოცულობა პირდაპირპროპორციულია მისი (აბსოლუტური) ტემპერატურისა.
ან:
\ frac {V_1} {T_1} = \ frac {V_2} {T_2}
ჩარლზის კანონისთვის წნევა უნდა შენარჩუნდეს მუდმივად და ტემპერატურა უნდა შეფასდეს კელვინში.
წნევა, ტემპერატურა და მოცულობა: კომბინირებული გაზის კანონი
ახლა რა მოხდება, თუ თქვენ გაქვთ წნევა, ტემპერატურა და მოცულობა, ერთსა და იმავე პრობლემასთან ერთად? ამის წესიც არსებობს.კომბინირებული გაზის კანონიიღებს ინფორმაციას ბოილის კანონიდან და ჩარლზის კანონიდან და აერთიანებს მათ, რათა განისაზღვროს წნევა-ტემპერატურა-მოცულობა ურთიერთობის სხვა ასპექტი.
კომბინირებული გაზის კანონიაცხადებს, რომ მოცემული რაოდენობის გაზის მოცულობა პროპორციულია მისი კელვინის ტემპერატურისა და წნევის თანაფარდობისა. ეს რთულად ჟღერს, მაგრამ გადახედე განტოლებას:
\ frac {P_1V_1} {T_1} = \ frac {P_2V_2} {T_2}
ისევ და ისევ, ტემპერატურა უნდა შეფასდეს კელვინში.
იდეალური გაზის კანონი
გაზის ამ თვისებებსთან დაკავშირებული ერთი საბოლოო განტოლება არისიდეალური გაზის კანონი. კანონი მოცემულია შემდეგი განტოლებით:
PV = nRT
სადაც P = წნევა, V = მოცულობა, n = მოლების რაოდენობა, R არისგაზის უნივერსალური მუდმივა, რაც უდრის 0,0821 L-atm / mole-K, და T არის ტემპერატურა კელვინში. იმისათვის, რომ მიიღოთ ყველა ერთეული სწორი, თქვენ უნდა გადახვიდეთ აქSI დანაყოფები, სამეცნიერო საზოგადოების სტანდარტული საზომი ერთეულები. მოცულობისთვის, ეს არის ლიტრი; ზეწოლისთვის, ატმოსფერო; ხოლო ტემპერატურისთვის კელვინი (n, მოლების რაოდენობა უკვე SI ერთეულებშია).
ამ კანონს ეწოდება "იდეალური" გაზის კანონი, რადგან იგი ითვალისწინებს, რომ გათვლები ეხება გაზებს, რომლებიც იცავს წესებს. ექსტრემალურ პირობებში, ისევე როგორც უკიდურესად ცხელსა და ცივში, ზოგიერთი გაზები შეიძლება განსხვავებულად მოქმედებდეს, ვიდრე იდეალური გაზი კანონის თანახმად, ზოგადად უსაფრთხოა ვივარაუდოთ, რომ თქვენი გათვლები იქნება კანონის გამოყენებით სწორია
ახლა თქვენ იცით ჰაერის მოცულობის გამოთვლის რამდენიმე მეთოდი სხვადასხვა გარემოებებში.