가스 (물리): 정의, 속성 및 예

우리가 매일 호흡하고 이동하는 공기, 생일 풍선의 헬륨 및 가정 난방에 사용되는 메탄은 모두 가스의 일반적인 예입니다. 기체는 고체 및 액체와 함께 물질의 세 가지 주요 상태 중 하나입니다.

물질의 상태는 입자가 얼마나 밀집되어 있는지에 따라 달라집니다 (그들이 얼마나 많은 운동 에너지를 가지고 있는지에 따라 달라짐).

고체 상태에서 물질은 가장 밀집되어 있습니다. 고체의 분자는 원자 결합과 매력에 의해 서로 결합됩니다. 결과적으로 그들은 자유롭게 흐르지 않고 제자리에서 진동합니다. 고체는 명확한 모양과 부피를 가지며 쉽게 압축되지 않습니다. 즉, 모양을 상당히 잘 유지합니다.

액체 상태에서 물질은 분자 간 결합이 약하기 때문에 고체보다 덜 밀집되어 있습니다. 중력장이있을 때 액체는 용기의 모양을 취합니다. 중력이 없으면 구형으로 형성됩니다.

기체 상태에서 물질은 자체와 약한 상호 작용을 경험합니다. 입자는 매우 자유롭게 이동할 수 있습니다. 결과적으로 가스는 어떤 용기에 든 용기의 모양과 부피를 차지합니다. 케이크를 굽고 오븐을 열면 내부에 있던 가스가 집 전체에 퍼져 모든 방에서 케이크 냄새를 맡을 수 있습니다.

물리학 자들에게 알려진 최신 물질 상태는 플라즈마로, 물질 자체를 구성하는 원자가 분해되는 상태입니다. 플라즈마는 태양의 중심에서 발견되는 것과 같은 극한의 온도와 압력에서만 발생합니다. 이러한 조건에서 전자는 원자에서 제거되기 때문에 플라즈마는 자유 전자, 남은 양전하 이온 및 중성 원자의 혼합물이됩니다. 행동 측면에서 플라즈마는 가스처럼 작용하지만 관련된 전하 때문에 전자 기적 특성도 있습니다.

물질은 압력과 온도의 조건에 따라 한 상태에서 다른 상태로 바뀔 수 있습니다. 이러한 변환은 위상 변화. 예를 들어, 끓는점까지 가열되면 얼음 형태의 고체 물은 액체 물로 녹아서 더 많은 열을 가하면 증발하여 수증기로 변합니다.

증발의 반대는 응축입니다. 기체가 응축되면 액체가됩니다.

고체는 다음을 거쳐 물질의 기체 상태로 직접 전환 될 수 있습니다.

기체에 대한 공식적인 물리학 적 설명은 명확한 부피 (고정 부피라고도 함) 또는 명확한 모양을 갖지 않는 물질입니다. 대신 가스 분자가 서로 자유롭게 이동할 수 있기 때문에 가스는 용기 모양을 취합니다.

저명한 입자 물리학 자 엔리코 페르미가 만든 유명한 가설 문제가이를 설명하는 데 도움이됩니다. Fermi는 그의 학생들에게 오늘날 인간이 자신의 흡입과 마주 칠 것으로 예상 할 수있는 Caesar의 죽어가는 숨의 분자 수를 대략적으로 추정하도록 요청했습니다. 로마 황제의 마지막 숨결이 지금까지 전 세계에 균등하게 분포했다고 가정하면 바다 또는 식물), 계산에 따르면 오늘날의 생명체는 죽어가는 숨의 한 분자를 각각 그들의 것.

액체도 용기의 형태를 취할 수 있지만, 액체는 도움 없이는 부피가 변하지 않습니다. 그러나 가스는 항상 용기를 채우기 위해 퍼지고 반대로 더 작은 용기로 압축 될 수 있습니다.

가스를 설명하는 중요한 측정은 다음과 같습니다. 압력. 가스의 압력은 가스가 컨테이너에 가하는 단위 면적당 힘입니다. 더 많은 압력은 더 많은 힘으로 이어지며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

예를 들어, 고압까지 펌핑 된 자전거 타이어는 외부에서 배우고 힘들게 느껴집니다. 반면에 저압 타이어는 바깥쪽으로 힘을 덜 가하기 때문에 더 부드러워지고 부드러워집니다.

가스의 또 다른 주요 특징은 온도. 가스의 온도는 가스의 분자 당 평균 운동 에너지 측정 값으로 정의됩니다. 모든 분자가 진동하기 때문에 모두 약간의 운동 에너지를 가지고 있습니다.

물질 상태가 기체 상태인지 확인하려면 압력과 온도가 모두 필요합니다. 일부 재료는 고온에서만 가스이고 다른 재료는 저온 또는 실온에서 가스입니다. 한편, 일부 재료는 고온에서만 가스입니다. 과 저압. 위상 다이어그램은 다양한 온도와 압력 조합에서 주어진 물질의 물질 상태를 보여줍니다.

우리 주변의 세계에는 가스가 풍부합니다. 일반적인 온실 가스 인 이산화탄소는 인류의 현재 활동에 동력을 공급하기 위해 연료를 태울 때 방출됩니다. 액체 물이 증발하면 증기 또는 수증기가됩니다.이 과정은 스토브 상단과 태양 아래 외부 웅덩이에서 발생합니다.

공기로 알려진 가스 혼합물 – 일반적으로 질소 78 %, 산소 21 % 및 1 % 기타 가스 – 모든 지상 생물을 둘러싸고 호흡기를 통해 신체와 교환 체계. 숨을 쉴 때 많은 동물이 공기에서 산소를 추출하고 몸에서 이산화탄소를 제거하는 반면, 많은 식물은 반대로 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출합니다.

기체의 거동을 더 잘 설명하기 위해 물리학 자들은 기체가 여러 개로 만들어 졌을 경우 어떻게 작용할지 대략적으로 추정하고 싶어합니다. 점 입자는 직선으로 움직이고 분자간 힘을 경험하지 않습니다. 즉, 하나와 상호 작용하지 않습니다. 다른.

물론 이상적인 가스는 없지만 가스가 할 것이다 이러한 설명에 따라 행동하면 물리학 자들은 기체 특성에 대한 여러 가지 간단한 법칙을 하나의 이상 기체 법칙으로 결합 할 수 있습니다.

• 이상 기체 법칙은 PV = nRT, 어디 피 압력, V 볼륨, 엔 가스의 몰수, 아르 자형 가스 상수이고 티 온도입니다.

특히 이상 기체 법칙은 결합 기체 법칙의 관계를 보여주는 네 가지 간단한 기체 법칙에서 파생됩니다. 그들은:

• 보일의 법칙: 기체의 압력은 일정한 온도와 양의 기체에서 부피에 반비례합니다.
• Charles의 법칙: 가스의 부피와 온도는 압력이 일정하게 유지 될 때 비례합니다.
• 아보가드로의 법칙: 가스의 부피는 압력과 온도가 일정 할 때 가스의 양에 비례합니다.
• Amonton의 법칙: 가스의 양과 부피가 일정하게 유지되는 한 가스의 압력과 온도는 비례합니다.