Iedomājieties, ka esat nirējs, un jums jāaprēķina savas tvertnes gaisa ietilpība. Vai arī iedomājieties, ka esat uzspridzinājis balonu noteiktā izmērā, un jūs domājat, kāds ir spiediens gaisa balona iekšpusē. Vai arī pieņemsim, ka jūs salīdzināt parastās krāsns un tostera krāsns gatavošanas laikus. Ar ko sākt?
Visi šie jautājumi ir saistīti ar gaisa tilpumu un gaisa spiediena, temperatūras un tilpuma saistību. Un jā, tie ir saistīti! Par laimi, ir jau izstrādāti vairāki zinātniski likumi, lai risinātu šīs attiecības. Jums vienkārši jāiemācās tos pielietot. Mēs šos likumus saucam par gāzes likumiem.
Gaisa spiediens un tilpums: Boila likums
Boila likums nosaka attiecības starp gāzes tilpumu un tā spiedienu. Padomājiet par šo: ja paņemat kastīti, kas ir pilna ar gaisu, un pēc tam nospiežat to līdz pusei, gaisa molekulām būs mazāk vietas, lai pārvietotos, un daudz vairāk sadursmēs. Šīs gaisa molekulu sadursmes savā starpā un ar trauka sāniem rada gaisa spiedienu.
Boila likums temperatūru neņem vērā, tāpēctemperatūrai jābūt nemainīgailai to izmantotu.
Boila likumsnosaka, ka nemainīgā temperatūrā noteiktas gāzes masas (vai daudzuma) tilpums mainās apgriezti ar spiedienu.
Vienādojuma formā tas ir:
P_1V_1 = P_2V_2
kur P1 un V1 ir sākotnējais tilpums un spiediens un P2 un V2 ir jaunais tilpums un spiediens.
Piemērs: Pieņemsim, ka jūs projektējat akvalangu, kurā gaisa spiediens ir 3000 psi (mārciņas uz kvadrātcollu) un tvertnes tilpums (vai "tilpums") ir 70 kubikpēdas. Ja jūs nolemjat, ka vēlaties izveidot tvertni ar lielāku spiedienu 3500 psi, kāds būtu tvertnes tilpums, pieņemot, ka piepildāt to ar tādu pašu gaisa daudzumu un saglabājat tādu pašu temperatūru?
Pievienojiet norādītās vērtības Boila likumam:
3000 \ text {psi} \ times 70 \ text {ft} ^ 3 = 3500 \ text {psi} \ times V_2
Vienkāršojiet, pēc tam izolējiet mainīgo vienā pusē vienādojumu un atrisiniet V2:
V_2 = \ frac {3000 \ text {psi} \ times 70 \ text {ft} ^ 3} {3500 \ text {psi}} = 60 \ text {ft} ^ 3
Tātad jūsu zemūdens tvertnes otrā versija būtu 60 kubikpēdas.
Gaisa temperatūra un tilpums: Kārļa likums
Kā ir ar tilpuma un temperatūras saistību? Augstāka temperatūra liek molekulām paātrināties, arvien stiprāk saduroties ar konteinera sāniem un virzot to uz āru. Čārlza likums dod matemātiku šai situācijai.
Kārļa likumsnosaka, ka pie pastāvīga spiediena noteiktās gāzes masas (daudzuma) tilpums ir tieši proporcionāls tās (absolūtai) temperatūrai.
Vai arī:
\ frac {V_1} {T_1} = \ frac {V_2} {T_2}
Saskaņā ar Čārlza likumu spiedienam jābūt pastāvīgam, un temperatūra jāmēra Kelvinos.
Spiediens, temperatūra un tilpums: kombinētās gāzes likums
Ko darīt, ja jums vienā un tajā pašā problēmā ir spiediens, temperatūra un tilpums? Arī tam ir noteikums. TheKombinētās gāzes likumsņem informāciju no Boila likuma un Čārlza likuma un savieno tos kopā, lai definētu vēl vienu spiediena, temperatūras un tilpuma attiecības aspektu.
TheKombinētās gāzes likumsnorāda, ka noteiktā gāzes daudzuma tilpums ir proporcionāls tā Kelvina temperatūras un spiediena attiecībai. Tas izklausās sarežģīti, bet ieskatieties vienādojumā:
\ frac {P_1V_1} {T_1} = \ frac {P_2V_2} {T_2}
Atkal temperatūra jāmēra Kelvinos.
Ideālā gāzes likums
Viens pēdējais vienādojums, kas attiecas uz šīm gāzes īpašībām, irIdeāls gāzes likums. Likums tiek dots ar šādu vienādojumu:
PV = nRT
kur P = spiediens, V = tilpums, n = molu skaits, R iruniversāla gāzes konstante, kas ir vienāds ar 0,0821 L-atm / mol-K, un T ir temperatūra Kelvinos. Lai visas vienības būtu pareizas, jums būs jākonvertē uzSI vienības, standarta mērvienības zinātnieku aprindās. Tilpumam tas ir litri; spiedienam, atm; un temperatūrai Kelvins (n, molu skaits jau ir SI vienībās).
Šo likumu sauc par "ideālo" gāzes likumu, jo tiek pieņemts, ka aprēķini attiecas uz gāzēm, kuras ievēro likumus. Ekstremālos apstākļos, piemēram, ārkārtīgi karstā vai aukstā stāvoklī, dažas gāzes var darboties savādāk nekā ideālā gāze Likums ieteiks, bet kopumā ir droši pieņemt, ka jūsu aprēķini, izmantojot likumu, būs pareizi.
Tagad jūs zināt vairākus veidus, kā aprēķināt gaisa daudzumu dažādos apstākļos.