Suslėgus dujas, prasideda jų charakteristikų pokyčiai. Kadangi jūs jį suspaudžiate, dujų užimamos erdvės tūris sumažėja, tačiau įvyksta daug daugiau nei vien tik tai. Suspaudimas taip pat keičia dujų temperatūrą ir slėgį, priklausomai nuo situacijos ypatumų. Pokyčius, kurie įvyksta, galite suprasti naudodami svarbų fizikos dėsnį, vadinamą idealiu dujų įstatymu. Šis įstatymas šiek tiek supaprastina realaus gyvenimo procesą, tačiau jis yra naudingas įvairiose situacijose.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Suspaudimo metu tūris (V) dujų sumažėja. Kai tai atsitiks, slėgis (P) dujų padidėja, jei apgamų skaičius (n) dujų išlieka pastovi. Jei palaikysite pastovų slėgį, sumažinkite temperatūrą (T) taip pat sukelia dujų suslėgimą.
Idealus dujų įstatymas yra pagrindinė informacija, reikalinga atsakyti į klausimus, susijusius su dujų plėtimu ar suspaudimu. Jame teigiama: PV = nRT. Kiekis R yra universali dujų konstanta ir turi vertę R = 8,3145 J / mol K.
Paaiškintas idealus dujų įstatymas
Idealus dujų įstatymas paaiškina, kas nutinka supaprastintam dujų modeliui įvairiose situacijose. Fizikai dujas vadina „idealiomis“, kai molekulės, iš kurių jos susideda, neveikia taip, kad viena nuo kitos atsimuštų kaip maži rutuliukai. Tai neužfiksuoja tikslaus vaizdo, tačiau daugumoje situacijų, su kuriomis susiduriate, įstatymai gerai numato, nepaisant to. Idealus dujų įstatymas supaprastina šiaip sudėtingą situaciją, todėl lengva nuspėti, kas nutiks.
Idealus dujų įstatymas susieja temperatūrą (T), dujų molių skaičius (n), dujų tūris (V) ir dujų slėgis (P), naudodami konstantą, vadinamą universalia dujų konstanta (R = 8,3145 J / mol K). Įstatymas nustato:
PV = nRT
Patarimai
-
Norėdami naudoti šį dėsnį, nurodote temperatūrą Kelvine, kuri yra lengva, nes 0 laipsnių C yra 273 K, o pridėjus papildomą laipsnį, temperatūra Kelvine tiesiog padidina vieną. Kelvinas yra lygus Celsijaus, išskyrus -273 laipsnių C yra 0 K. pradžios taškas.
Taip pat turite išreikšti dujų kiekį moliais. Jie dažniausiai naudojami chemijoje, o vienas molis yra santykinė dujų molekulės atominė masė, bet gramais.
Idealių dujų suspaudimas
Suslėgus ką nors, sumažėja jo tūris, todėl kai suslėgiate dujas, jo tūris sumažėja. Pertvarkius idealų dujų įstatymą, paaiškėja, kaip tai veikia kitas dujų charakteristikas:
V = nRT / P
Ši lygtis visada teisinga. Jei suspausite fiksuotą dujų molių skaičių ir tai atliksite izoterminio proceso metu (kuris lieka toje pačioje temperatūroje), slėgis turi padidėti, kad būtų atsižvelgta į mažesnį tūrį kairėje lygtis. Panašiai, kai atvėsinsite dujas (sumažinkite T) esant fiksuotam slėgiui, jo tūris sumažėja - susispaudžia.
Jei suspausite dujas nevaržydami temperatūros ar slėgio, temperatūros ir slėgio santykis turi mažėti. Jei kada nors jūsų paprašys parengti kažką panašaus, tikriausiai jums bus suteikta daugiau informacijos, kad palengvintumėte procesą.
Idealių dujų slėgio keitimas
Idealus dujų įstatymas atskleidžia, kas atsitinka, kai keičiate idealių dujų slėgį taip, kaip tai darė įstatymas tūriui. Tačiau taikant kitokį požiūrį paaiškėja, kaip idealų dujų įstatymą galima naudoti nežinomiems kiekiams rasti. Pertvarkius įstatymą, suteikiama:
PV/ T = nR
Čia R yra pastovi ir jei dujų kiekis išlieka toks pats, tai taip pat yra n. Naudodamiesi abonementais, pažymite pradinį slėgį, tūrį ir temperatūrą i o paskutiniai f. Kai procesas baigsis, naujas slėgis, tūris ir temperatūra vis tiek yra susiję, kaip nurodyta aukščiau. Taigi galite parašyti:
Pi Vi/ Ti = nR = Pf Vf / Tf
Tai reiškia:
Pi Vi/ Ti = Pf Vf / Tf
Šie santykiai yra naudingi daugelyje situacijų. Jei keičiate slėgį, bet su fiksuotu tūriu, tada Vi ir Vf yra vienodi, todėl jie atšaukiami, o jums lieka:
Pi/ Ti = Pf / Tf
Tai reiškia:
Pf / Pi = Tf / Ti
Taigi, jei galutinis slėgis yra dvigubai didesnis už pradinį slėgį, galutinė temperatūra taip pat turi būti dvigubai didesnė nei pradinė temperatūra. Padidinus slėgį, padidėja dujų temperatūra.
Jei palaikysite tą pačią temperatūrą, bet padidinsite slėgį, temperatūra atšaukiama ir jums lieka:
Pi Vi= Pf Vf
Kurį galite pertvarkyti:
Pi / Pf = Vf / Vi
Tai rodo, kaip slėgio keitimas veikia tam tikrą dujų kiekį izoterminiame procese, be apribojimų tūriui. Jei padidinsite slėgį, tūris sumažės, o jei sumažinsite, tūris padidės.