Kāds ir ideālās gāzes likums?

Ideālās gāzes likums ir matemātisks vienādojums, kuru varat izmantot, lai atrisinātu problēmas, kas saistītas ar gāzu temperatūru, tilpumu un spiedienu. Lai gan vienādojums ir aptuvens, tas ir ļoti labs, un tas ir noderīgs dažādiem apstākļiem. Tas izmanto divas cieši saistītas formas, kas dažādos veidos ņem vērā gāzes daudzumu.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Ideālā gāzes likums ir PV = nRT, kur P = spiediens, V = tilpums, n = gāzes molu skaits, T ir temperatūra un R ir proporcionalitātes konstante, parasti 8,314. Vienādojums ļauj atrisināt praktiskas problēmas ar gāzēm.

Jūs ikdienā nodarbojaties ar gāzēm, piemēram, ar gaisu, kuru elpojat, hēliju ballītes balonā vai metānu, ar “dabasgāzi”, kuru izmantojat ēdiena pagatavošanai. Šīm vielām ir ļoti līdzīgas kopīgas īpašības, tostarp tās, kā tās reaģē uz spiedienu un siltumu. Tomēr ļoti zemā temperatūrā lielākā daļa reālo gāzu pārvēršas šķidrumā. Ideāla gāze salīdzinājumā ir vairāk noderīga abstrakta ideja nekā reāla viela; piemēram, ideāla gāze nekad nepārvēršas par šķidrumu, un tās saspiežamībai nav ierobežojumu. Tomēr lielākā daļa reālo gāzu ir pietiekami tuvu ideālai gāzei, kuru varat izmantot Ideal Gas likumā, lai atrisinātu daudzas praktiskas problēmas.

Ideālā gāzes likuma vienādojumos vienādības zīmes vienā pusē ir spiediens un tilpums, bet otrā - daudzums un temperatūra. Tas nozīmē, ka spiediena un tilpuma reizinājums paliek proporcionāls daudzuma un temperatūras reizinājumam. Piemēram, ja jūs paaugstināt fiksēta gāzes daudzuma temperatūru fiksētā tilpumā, spiedienam arī jāpalielinās. Vai arī, ja spiediens paliek nemainīgs, gāzei jāpaplašinās lielākā tilpumā.

Lai pareizi izmantotu Ideal Gas likumu, jums jāizmanto absolūtās temperatūras vienības. Grādi pēc Celsija un Fārenheita nedarbosies, jo tie var pāriet uz negatīviem skaitļiem. Ideālas gāzes likuma negatīvās temperatūras dod jums negatīvu spiedienu vai tilpumu, kas nevar pastāvēt. Tā vietā izmantojiet Kelvina skalu, kas sākas ar absolūtu nulli. Ja strādājat ar angļu valodas vienībām un vēlaties ar Fārenheitu saistītu skalu, izmantojiet Rankine skalu, kas sākas arī ar absolūtu nulli.

Pirmā ideālā gāzes vienādojuma kopējā forma ir PV = nRT, kur P ir spiediens, V ir tilpums, n ir gāzes molu skaits, R ir proporcionalitātes konstante, parasti 8,314, un T ir temperatūra. Metriskajai sistēmai spiedienam izmantojiet paskalus, tilpumam - kubikmetrus un temperatūrai - Kelvinus. Piemēram, 1 mols hēlija gāzes 300 Kelvins (istabas temperatūrā) ir zem 101 kilopaskāla spiediena (jūras līmeņa spiediens). Cik lielu apjomu tas aizņem? Paņemiet PV = nRT un sadaliet abas puses ar P, atstājot V pats par sevi kreisajā pusē. Vienādojums kļūst V = nRT ÷ P. Viens mols (n) reizes 8,314 (R) reizes 300 Kelvins (T) dalīts ar 101 000 paskalu (P) dod 0,0247 kubikmetrus jeb 24,7 litrus.

Zinātnes stundās vēl viena izplatīta Ideal Gas vienādojuma forma, kuru redzēsiet, ir PV = NkT. Lielais “N” ir daļiņu (molekulu vai atomu) skaits, un k ir Boltzmana konstante - skaitlis, kas ļauj molu vietā izmantot daļiņu skaitu. Ņemiet vērā, ka hēlijam un citām cēlgāzēm jūs izmantojat atomus; visām pārējām gāzēm izmantojiet molekulas. Izmantojiet šo vienādojumu tādā pašā veidā kā iepriekšējais. Piemēram, 1 litra tvertnē ir 10²³ slāpekļa molekulas. Ja jūs pazemināt temperatūru līdz kauliem atdzesējošiem 200 Kelviniem, kāds ir gāzes spiediens tvertnē? Paņemiet PV = NkT un sadaliet abas puses ar V, atstājot P pats par sevi. Vienādojums kļūst par P = NkT ÷ V. Reizināt 10²³ molekulas (N) pēc Boltmana konstantes (1,38 x 10^-23), reiziniet ar 200 Kelvins (T) un pēc tam daliet ar 0,001 kubikmetru (1 litrs), lai iegūtu spiedienu: 276 kilopascals.