Hva er den ideelle gassloven?

Den ideelle gassloven er en matematisk ligning du kan bruke til å løse problemer knyttet til temperatur, volum og trykk på gasser. Selv om ligningen er en tilnærming, er den veldig god, og den er nyttig i et bredt spekter av forhold. Den bruker to nært beslektede former som utgjør mengden gass på forskjellige måter.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Den ideelle gassloven er PV = nRT, hvor P = trykk, V = volum, n = antall mol gass, T er temperatur og R er en proporsjonalitetskonstant, vanligvis 8,314. Ligningen lar deg løse praktiske problemer med gasser.

Du takler gasser i hverdagen, som luften du puster inn, helium i en festballong eller metan, "naturgassen" du bruker til å lage mat. Disse stoffene har veldig like egenskaper til felles, inkludert hvordan de reagerer på trykk og varme. Imidlertid, ved veldig lave temperaturer, blir de fleste ekte gasser til væske. En ideell gass er til sammenligning mer en nyttig abstrakt idé enn en reell substans; for eksempel blir en ideell gass aldri til væske, og det er ingen grense for komprimerbarheten. Imidlertid er de fleste ekte gasser nær nok til en ideell gass til at du kan bruke Ideal Gas-loven til å løse mange praktiske problemer.

Idealgass-lovligningene har trykk og volum på den ene siden av likhetstegnet og mengde og temperatur på den andre. Dette betyr at produktet av trykket og volumet forblir proporsjonalt med produktet av mengden og temperaturen. Hvis du for eksempel øker temperaturen på en fast mengde gass i et fast volum, må trykket også øke. Eller hvis du holder trykket konstant, må gassen utvides til et større volum.

For å bruke Ideal Gas-loven riktig, må du bruke absolutte temperaturenheter. Grader Celsius og Fahrenheit vil ikke fungere fordi de kan gå til negative tall. Negative temperaturer i Ideal Gas-loven gir deg undertrykk eller volum, som ikke kan eksistere. Bruk i stedet Kelvin-skalaen, som starter på absolutt null. Hvis du jobber med engelske enheter og vil ha en Fahrenheit-relatert skala, bruk Rankine-skalaen, som også starter på absolutt null.

Den første vanlige formen for Ideal Gas-ligningen er, PV = nRT, hvor P er trykk, V er volum, n er antall mol gass, R er en proporsjonalitetskonstant, typisk 8,314, og T er temperatur. For det metriske systemet, bruk pascal for trykk, kubikkmeter for volum og Kelvins for temperatur. For å ta et eksempel er 1 mol heliumgass ved 300 Kelvins (romtemperatur) under 101 kilopascal trykk (havnivåtrykk). Hvor mye volum opptar det? Ta PV = nRT, og del begge sider av P, og la V være av seg selv på venstre side. Ligningen blir V = nRT ÷ P. Én mol (n) ganger 8.314 (R) ganger 300 Kelvins (T) delt på 101.000 pascal (P) gir 0,0247 kubikkmeter volum, eller 24,7 liter.

I naturfagskurs er et annet vanlig Ideal Gas-ligningsskjema du ser PV = NkT. Det store "N" er antall partikler (molekyler eller atomer), og k er en Boltzmanns konstant, et tall som lar deg bruke antall partikler i stedet for mol. Merk at for helium og andre edelgasser bruker du atomer; for alle andre gasser, bruk molekyler. Bruk denne ligningen på omtrent samme måte som den forrige. For eksempel har en 1-liters tank 10²³ molekyler av nitrogen. Hvis du senker temperaturen til en nedkjølende 200 Kelvin, hva er trykket på gassen i tanken? Ta PV = NkT og del begge sider av V, og la P for seg selv. Ligningen blir P = NkT ÷ V. Multipliser 10²³ molekyler (N) av Boltzmanns konstant (1,38 x 10^-23), multipliser med 200 Kelvins (T) og del deretter med 0,001 kubikkmeter (1 liter) for å få trykket: 276 kilopascal.