Tenk deg at du er dykker, og du må beregne luftkapasiteten til tanken din. Eller forestill deg at du har sprengt en ballong til en viss størrelse, og du lurer på hvordan trykket er inne i ballongen. Eller anta at du sammenligner steketiden til en vanlig ovn og en brødristerovn. Hvor begynner du?
Alle disse spørsmålene har å gjøre med volumet av luft og forholdet mellom lufttrykk, temperatur og volum. Og ja, de er i slekt! Heldigvis er det en rekke vitenskapelige lover som allerede er utarbeidet for å håndtere disse forholdene. Du må bare lære deg å bruke dem. Vi kaller disse lovene gasslovene.
Lufttrykk og volum: Boyles lov
Boyles lov definerer forholdet mellom et gassvolum og trykket. Tenk på dette: Hvis du tar en boks full av luft og deretter trykker den ned til halvparten av størrelsen, vil luftmolekylene ha mindre plass til å bevege seg rundt og vil støte på hverandre mye mer. Disse kollisjonene av luftmolekyler med hverandre og med sidene av beholderen er det som skaper lufttrykk.
Boyles lov tar ikke temperatur i betraktning, så dentemperaturen må være konstantfor å bruke den.
Boyles lovsier at volumet til en bestemt masse (eller mengde) gass varierer omvendt med trykket ved en konstant temperatur.
I ligningsform er det:
P_1V_1 = P_2V_2
hvor P1 og V1 er startvolum og trykk og P2 og V2 er det nye volumet og trykket.
Eksempel: Anta at du designer en dykketank der lufttrykket er 3000 psi (pounds per kvadrattomme) og volumet (eller "kapasiteten") til tanken er 70 kubikkmeter. Hvis du bestemmer deg for å foretrekke en tank med et høyere trykk på 3500 psi, hva ville volumet på tanken være, forutsatt at du fyller den med samme mengde luft og holder temperaturen den samme?
Plugg de gitte verdiene i Boyles lov:
3000 \ tekst {psi} \ ganger 70 \ tekst {ft} ^ 3 = 3500 \ tekst {psi} \ ganger V_2
Forenkle, isoler deretter variabelen på den ene siden av ligningen og løs for V2:
V_2 = \ frac {3000 \ text {psi} \ times 70 \ text {ft} ^ 3} {3500 \ text {psi}} = 60 \ text {ft} ^ 3
Så den andre versjonen av dyktanken din ville være 60 kubikkfot.
Lufttemperatur og volum: Charles 'Law
Hva med forholdet mellom volum og temperatur? Høyere temperaturer får molekyler til å øke hastigheten, kolliderer hardere og hardere med sidene på beholderen og skyver den utover. Charles 'Law gir matte for denne situasjonen.
Charles 'lovangir at ved et konstant trykk er volumet av en gitt masse (mengde) gass direkte proporsjonal med dens (absolutte) temperatur.
Eller:
\ frac {V_1} {T_1} = \ frac {V_2} {T_2}
For Charles 'lov må trykket holdes konstant, og temperaturen måles i Kelvin.
Trykk, temperatur og volum: Den kombinerte gassloven
Nå, hva om du har trykk, temperatur og volum samlet i det samme problemet? Det er en regel for det også. DeKombinert gasslovtar informasjonen fra Boyles lov og Charles 'lov og knytter dem sammen for å definere et annet aspekt av forholdet mellom trykk og temperatur.
DeKombinert gasslovangir at volumet til en gitt mengde gass er proporsjonalt med forholdet mellom Kelvin-temperaturen og trykket. Det høres komplisert ut, men ta en titt på ligningen:
\ frac {P_1V_1} {T_1} = \ frac {P_2V_2} {T_2}
Igjen bør temperaturen måles i Kelvin.
Den ideelle gassloven
En siste ligning som relaterer disse egenskapene til en gass erIdeell gasslov. Loven er gitt av følgende ligning:
PV = nRT
hvor P = trykk, V = volum, n = antall mol, R eruniversell gasskonstant, som tilsvarer 0,0821 L-atm / mol-K, og T er temperaturen i Kelvin. For å få alle enhetene riktig, må du konvertere tilSI-enheter, standard måleenheter innen det vitenskapelige samfunnet. For volum er det liter; for trykk, minibank; og for temperatur er Kelvin (n, antall mol, allerede i SI-enheter).
Denne loven kalles den "ideelle" gassloven fordi den antar at beregningene omhandler gasser som følger reglene. Under ekstreme forhold, som ekstremt varmt eller kaldt, kan noen gasser virke annerledes enn den ideelle gassen Lov vil antyde, men generelt er det trygt å anta at beregningene dine ved bruk av loven vil være det riktig.
Nå vet du flere måter å beregne luftmengde under en rekke omstendigheter.