Het comprimeren van een gas brengt veranderingen in zijn eigenschappen teweeg. Omdat je het comprimeert, neemt het ruimtevolume dat het gas inneemt af, maar er gebeurt veel meer dan dit alleen. Compressie verandert ook de temperatuur en druk van het gas, afhankelijk van de specifieke situatie. U kunt de veranderingen die optreden begrijpen met behulp van een belangrijke natuurwet die de ideale gaswet wordt genoemd. Deze wet vereenvoudigt het echte proces enigszins, maar is nuttig in een groot aantal situaties.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Tijdens compressie wordt het volume (V) van een gas afneemt. Wanneer dit gebeurt, wordt de druk (P) van het gas toeneemt als het aantal mol (nee) gas constant blijft. Als u de druk constant houdt, verlaagt u de temperatuur (T) zorgt er ook voor dat het gas comprimeert.
De ideale gaswet is het belangrijkste stuk informatie dat nodig is om vragen te beantwoorden met betrekking tot de uitzetting of compressie van een gas. Er staat dat: PV = nRT. De hoeveelheid R is de universele gasconstante en heeft de waarde R = 8,3145 J/mol K.
De ideale gaswet uitgelegd
De ideale gaswet legt uit wat er in verschillende situaties met een vereenvoudigd model van een gas gebeurt. Natuurkundigen noemen een gas "ideaal" wanneer de moleculen waaruit het is samengesteld niet meer op elkaar inwerken dan dat ze als kleine balletjes op elkaar stuiteren. Dit geeft niet het exacte beeld, maar voor de meeste situaties die u tegenkomt, maakt de wet hoe dan ook goede voorspellingen. De ideale gaswet vereenvoudigt een anders gecompliceerde situatie, dus het is gemakkelijk om voorspellingen te doen over wat er zal gebeuren.
De ideale gaswet relateert de temperatuur (T), het aantal mol van het gas (nee), het volume van het gas (V), en de druk van het gas (P) met elkaar, met behulp van een constante genaamd de universele gasconstante (R = 8,3145 J/mol K). In de wet staat:
PV = nRT
Tips
-
Om deze wet te gebruiken, geef je de temperaturen in Kelvin op, wat gemakkelijk is omdat 0 graden C 273 K is, en het toevoegen van een extra graad verhoogt de temperatuur in Kelvin met één. Kelvin is als Celsius, behalve dat -273 graden C het startpunt is van 0 K.
Je moet ook de hoeveelheid gas in mol uitdrukken. Deze worden vaak gebruikt in de chemie en één mol is de relatieve atomaire massa van het gasmolecuul, maar in grammen.
Een ideaal gas comprimeren
Als je iets comprimeert, neemt het volume af, dus als je een gas comprimeert, neemt het volume af. Het herschikken van de ideale gaswet laat zien hoe dit andere kenmerken van het gas beïnvloedt:
V = nRT / P
Deze vergelijking is altijd waar. Als je een vast aantal mol gas comprimeert, en je doet dit in een isotherm proces (een dat op dezelfde temperatuur), moet de druk toenemen om rekening te houden met het kleinere volume aan de linkerkant van de vergelijking. Evenzo, wanneer u een gas afkoelt (verminder T) bij een vaste druk neemt het volume af - het comprimeert.
Als je een gas comprimeert zonder de temperatuur of druk te beperken, moet de verhouding tussen temperatuur en druk afnemen. Als je ooit wordt gevraagd om zoiets uit te werken, krijg je waarschijnlijk meer informatie om het proces gemakkelijker te maken.
De druk van een ideaal gas veranderen
De ideale gaswet onthult wat er gebeurt als je de druk van een ideaal gas verandert op dezelfde manier als de wet deed voor het volume. Het gebruik van een andere benadering laat echter zien hoe de ideale gaswet kan worden gebruikt om onbekende hoeveelheden te vinden. Het herschikken van de wet geeft:
PV/ T = nR
Hier, R is een constante en als de hoeveelheid gas hetzelfde blijft, is dat ook zo nee. Met behulp van subscripts label je de startdruk, het volume en de temperatuur ik en de laatste f. Wanneer het proces is voltooid, zijn de nieuwe druk, het volume en de temperatuur nog steeds gerelateerd zoals hierboven. Je kunt dus schrijven:
Pik Vik/ Tik = nR = Pf Vf / Tf
Dit betekent:
Pik Vik/ Tik = Pf Vf / Tf
Deze relatie is in veel situaties nuttig. Als u de druk verandert maar met een vast volume, dan Vik en Vf zijn hetzelfde, dus ze annuleren, en je blijft zitten met:
Pik/ Tik = Pf / Tf
Wat betekent:
Pf / Pik = Tf / Tik
Dus als de einddruk twee keer zo groot is als de begindruk, moet de eindtemperatuur ook twee keer zo groot zijn als de begintemperatuur. Het verhogen van de druk verhoogt de temperatuur van het gas.
Als je de temperatuur hetzelfde houdt, maar de druk verhoogt, worden de temperaturen in plaats daarvan opgeheven en blijf je achter met:
Pik Vik= Pf Vf
Welke u kunt herschikken:
Pik / Pf = Vf / Vik
Dit laat zien hoe het veranderen van de druk een bepaalde hoeveelheid gas beïnvloedt in een isotherm proces zonder volumebeperkingen. Als u de druk verhoogt, neemt het volume af en als u de druk verlaagt, neemt het volume toe.