이상 기체 법칙은 기체의 온도, 부피 및 압력과 관련된 문제를 해결하는 데 사용할 수있는 수학 방정식입니다. 방정식은 근사치이지만 매우 좋은 방정식이며 다양한 조건에 유용합니다. 서로 다른 방식으로 가스의 양을 설명하는 밀접하게 관련된 두 가지 형식을 사용합니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
이상 기체 법칙은 PV = nRT입니다. 여기서 P = 압력, V = 부피, n = 기체 몰수, T는 온도, R은 비례 상수 (일반적으로 8.314)입니다. 방정식을 사용하면 가스와 관련된 실제 문제를 해결할 수 있습니다.
실제 대. 이상 기체
호흡하는 공기, 파티 풍선의 헬륨 또는 메탄, 음식을 요리하는 데 사용하는 "천연 가스"와 같은 일상 생활의 가스를 다룹니다. 이 물질들은 압력과 열에 반응하는 방식을 포함하여 공통적으로 매우 유사한 특성을 가지고 있습니다. 그러나 매우 낮은 온도에서는 대부분의 실제 가스가 액체로 변합니다. 그에 비해 이상 기체는 실제 실체보다 더 유용한 추상 아이디어입니다. 예를 들어 이상 기체는 절대 액체로 변하지 않으며 압축률에 제한이 없습니다. 그러나 대부분의 실제 기체는 이상 기체 법칙을 사용하여 많은 실제 문제를 해결할 수있는 이상 기체에 충분히 가깝습니다.
부피, 온도, 압력 및 양
이상 기체 법칙 방정식은 등호의 한쪽에는 압력과 부피가 있고 다른쪽에는 양과 온도가 있습니다. 즉, 압력과 부피의 곱은 양과 온도의 곱에 비례합니다. 예를 들어, 고정 된 체적에서 고정 된 양의 가스 온도를 높이면 압력도 증가해야합니다. 또는 압력을 일정하게 유지하면 가스가 더 큰 부피로 팽창해야합니다.
이상 기체 및 절대 온도
이상 기체 법칙을 올바르게 사용하려면 절대 온도 단위를 사용해야합니다. 섭씨와 화씨는 음수가 될 수 있기 때문에 작동하지 않습니다. 이상 기체 법칙의 음수 온도는 존재할 수없는 음압 또는 부피를 제공합니다. 대신 절대 0에서 시작하는 켈빈 스케일을 사용하십시오. 영국식 단위로 작업하고 화씨 관련 척도를 원하는 경우 절대 0에서 시작하는 Rankine 척도를 사용하십시오.
방정식 양식 I
이상 기체 방정식의 첫 번째 일반적인 형태는 PV = nRT입니다. 여기서 P는 압력, V는 부피, n은 기체의 몰 수, R은 비례 상수 (일반적으로 8.314, T는 온도)입니다. 미터법의 경우 압력에는 파스칼, 부피에는 입방 미터, 온도에는 켈빈을 사용합니다. 예를 들어, 300K (실온)에서 헬륨 가스 1 몰은 101 킬로 파스칼 압력 (해수면 압력) 미만입니다. 얼마나 많은 양을 차지합니까? PV = nRT를 취하고 양쪽을 P로 나누고 V는 왼쪽에 그대로 둡니다. 방정식은 V = nRT ÷ P가됩니다. 1 몰 (n) x 8.314 (R) x 300 켈빈 (T)을 101,000 파스칼 (P)로 나눈 값은 0.0247 입방 미터 (24.7 리터)입니다.
방정식 양식 II
과학 수업에서 볼 수있는 또 다른 일반적인 이상 기체 방정식 형식은 PV = NkT입니다. 큰 "N"은 입자 (분자 또는 원자)의 수이고 k는 볼츠만 상수 (몰 대신 입자의 수를 사용할 수있는 숫자)입니다. 헬륨 및 기타 희가스의 경우 원자를 사용합니다. 다른 모든 가스에는 분자를 사용하십시오. 이 방정식을 이전 방정식과 거의 동일한 방식으로 사용하십시오. 예를 들어 1 리터 탱크에는 10 개의23 질소 분자. 온도를 200K로 낮추면 탱크의 가스 압력은 얼마입니까? PV = NkT를 취하고 양쪽을 V로 나누고 P는 그대로 둡니다. 방정식은 P = NkT ÷ V가됩니다. 10 곱하기23 볼츠만 상수 (1.38 x 10-23), 200 켈빈 (T)을 곱한 다음 0.001 입방 미터 (1 리터)로 나누면 압력이 276 킬로 파스칼입니다.