Skirtingai nei skystoje ar kietoje medžiagoje esančios molekulės, dujose esančios gali laisvai judėti erdvėje, kurioje jūs jas ribojate. Jie skraido, kartkartėmis susidurdami vienas su kitu ir su konteinerio sienomis. Kolektyvinis slėgis, kurį jie daro ant konteinerio sienelių, priklauso nuo jų turimo energijos kiekio. Jie gauna energiją iš savo aplinkoje esančios šilumos, taigi, jei temperatūra pakyla, didėja ir slėgis. Tiesą sakant, du kiekiai yra susieti pagal idealų dujų įstatymą.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Standžioje talpykloje dujų sukeliamas slėgis tiesiogiai priklauso nuo temperatūros. Jei talpa nėra standi, tiek tūris, tiek slėgis priklauso nuo temperatūros pagal idealų dujų įstatymą.
Idealus dujų įstatymas
Idealus dujų įstatymas, išvestas per daugelį metų per eksperimentinį daugelio asmenų darbą, išplaukia iš Boyle'o ir Charleso bei Gay-Lussaco įstatymų. Pirmoji teigia, kad esant tam tikrai temperatūrai (T) dujų slėgis (P) padaugintas iš jos užimamo tūrio (V) yra pastovus. Pastaroji mums sako, kad laikant pastovią dujų masę (n), tūris yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai. Galutine forma idealus dujų įstatymas nurodo:
PV = nRT
kur R yra konstanta, vadinama idealia dujų konstanta.
Jei išlaikysite pastovią dujų masę ir indo tūrį, šis ryšys jums pasakys, kad slėgis tiesiogiai priklauso nuo temperatūros. Jei grafike nurodytumėte įvairias temperatūros ir slėgio vertes, grafikas būtų tiesi linija su teigiamu nuolydžiu.
Ką daryti, jei dujos nėra idealios
Idealios dujos yra tos, kuriose laikoma, kad dalelės yra visiškai elastingos ir viena kitos netraukia ir neatstumia. Daroma prielaida, kad pačios dujų dalelės neturi tūrio. Nors jokios tikrosios dujos neatitinka šių sąlygų, daugelis jų yra pakankamai arti, kad būtų galima taikyti šiuos santykius. Tačiau turite atsižvelgti į realius veiksnius, kai dujų slėgis ar masė tampa labai dideli arba kai tūris ir temperatūra tampa labai maži. Daugeliui pritaikymų kambario temperatūroje idealus dujų įstatymas suteikia pakankamai gerą apytikslę daugumos dujų elgseną.
Kaip slėgis skiriasi nuo temperatūros
Tol, kol dujų tūris ir masė yra pastovūs, santykis tarp slėgio ir temperatūros tampa:
P = KT
kur K yra konstanta, gaunama iš dujų tūrio, molių skaičiaus ir idealios dujų konstantos. Jei į konteinerį su standžiomis sienomis įdedate idealias dujų sąlygas atitinkančias dujas, kad tūris negalėtų pasikeisti sandariai uždarykite indą ir išmatuokite slėgį ant konteinerio sienelių, pamatysite, kad jis sumažės, kai nuleisite indą temperatūra. Kadangi šis ryšys yra tiesinis, jums tereikia dviejų temperatūros ir slėgio rodmenų, kad nubrėžtumėte liniją, iš kurios galite ekstrapoliuoti dujų slėgį bet kurioje tam tikroje temperatūroje.
Šis tiesinis ryšys nutrūksta esant labai žemai temperatūrai, kai netobulas dujų elastingumas molekulės tampa pakankamai svarbios, kad galėtų paveikti rezultatus, tačiau slėgis vis tiek sumažės, kai jūs nuleisite temperatūra. Ryšys taip pat bus netiesinis, jei dujų molekulės yra pakankamai didelės, kad būtų galima neleisti dujų priskirti idealioms.