Co się dzieje z objętością gazu podczas kompresji?

Sprężenie gazu inicjuje zmiany jego właściwości. Ponieważ go kompresujesz, zmniejsza się objętość przestrzeni zajmowanej przez gaz, ale dzieje się o wiele więcej niż to samo. Kompresja zmienia również temperaturę i ciśnienie gazu, w zależności od specyfiki sytuacji. Możesz zrozumieć zmiany, które zachodzą, korzystając z ważnego prawa fizyki zwanego prawem gazu doskonałego. To prawo nieco upraszcza rzeczywisty proces, ale jest przydatne w wielu sytuacjach.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Podczas kompresji głośność (V) gazu maleje. Kiedy tak się dzieje, ciśnienie (P) gazu wzrasta, gdy liczba moli (nie) gazu pozostaje stała. Jeśli utrzymasz stałe ciśnienie, obniżysz temperaturę (T) powoduje również kompresję gazu.

Prawo gazu doskonałego jest kluczową informacją potrzebną do odpowiedzi na pytania związane z rozprężaniem lub sprężaniem gazu. W Stanach: PV = nRT. Ilość R jest uniwersalną stałą gazową i ma wartość R = 8,3145 J / mol K.

Prawo gazu doskonałego wyjaśnia, co dzieje się z uproszczonym modelem gazu w różnych sytuacjach. Fizycy nazywają gaz „idealnym”, gdy cząsteczki, z których się składa, nie oddziałują poza siebie, odbijając się od siebie jak małe kulki. To nie oddaje dokładnego obrazu, ale w większości sytuacji, z którymi się spotykasz, prawo niezależnie od tego daje dobre przewidywania. Prawo gazu doskonałego upraszcza skomplikowaną sytuację, więc łatwo jest przewidzieć, co się stanie.

Prawo gazu doskonałego odnosi się do temperatury (T), liczba moli gazu (nie), objętość gazu (V) i ciśnienie gazu (P) do siebie, używając stałej zwanej uniwersalną stałą gazową (R = 8,3145 J / mol K). Prawo stanowi:

PV = nRT

• Aby skorzystać z tego prawa, podajesz temperatury w kelwinach, co jest łatwe, ponieważ 0 stopni C to 273 K, a dodanie dodatkowego stopnia zwiększa temperaturę w kelwinach o jeden. Kelwin jest jak Celsjusz, z tym że -273 stopnie C to punkt początkowy 0 K.

  Musisz również wyrazić ilość gazu w molach. Są one powszechnie stosowane w chemii, a jeden mol to względna masa atomowa cząsteczki gazu, ale w gramach.

Ściśnięcie czegoś zmniejsza jego objętość, więc gdy kompresujesz gaz, jego objętość maleje. Przekształcenie prawa gazu doskonałego pokazuje, jak wpływa to na inne cechy gazu:

V = nRT / P

To równanie jest zawsze prawdziwe. Jeśli sprężysz ustaloną liczbę moli gazu i zrobisz to w procesie izotermicznym (takim, który tej samej temperaturze), ciśnienie musi wzrosnąć, aby uwzględnić mniejszą objętość po lewej stronie równanie. Podobnie, gdy chłodzisz gaz (zmniejszasz T) przy stałym ciśnieniu zmniejsza się jego objętość – ściska się.

Jeśli kompresujesz gaz bez ograniczania temperatury lub ciśnienia, stosunek temperatury do ciśnienia musi się zmniejszyć. Jeśli kiedykolwiek zostaniesz poproszony o opracowanie czegoś takiego, prawdopodobnie otrzymasz więcej informacji, aby ułatwić ten proces.

Prawo gazu doskonałego pokazuje, co się dzieje, gdy zmieniasz ciśnienie gazu doskonałego w ten sam sposób, co prawo dla objętości. Jednak zastosowanie innego podejścia pokazuje, w jaki sposób równanie gazu doskonałego może być wykorzystane do znalezienia nieznanych ilości. Reorganizacja prawa daje:

PV/ T = nR

Tutaj, R jest stałą i jeśli ilość gazu pozostaje taka sama, więc jest nie. Za pomocą indeksów dolnych oznaczasz początkowe ciśnienie, objętość i temperaturę ja i te ostatnie fa. Po zakończeniu procesu nowe ciśnienie, objętość i temperatura są nadal powiązane jak powyżej. Możesz więc napisać:

P_ja V_ja/ T_ja = nR = P_fa V_fa / T_fa

To znaczy:

P_ja V_ja/ T_ja = P_fa V_fa / T_fa

Ta relacja jest przydatna w wielu sytuacjach. Jeśli zmieniasz ciśnienie, ale ze stałą objętością, to V_ja i V_fa są takie same, więc anulują i zostajesz z:

P_ja/ T_ja = P_fa / T_fa

Co znaczy:

P_fa / P_ja = T_fa / T_ja

Więc jeśli ciśnienie końcowe jest dwa razy większe niż ciśnienie początkowe, temperatura końcowa musi być również dwa razy większa niż temperatura początkowa. Zwiększenie ciśnienia powoduje wzrost temperatury gazu.

Jeśli utrzymasz tę samą temperaturę, ale zwiększysz ciśnienie, zamiast tego temperatury znikną i zostaniesz z:

P_ja V_ja= P_fa V_fa

Które możesz zmienić:

P_ja / P_fa = V_fa / V_ja

To pokazuje, jak zmiana ciśnienia wpływa na pewną ilość gazu w procesie izotermicznym bez ograniczeń objętości. Jeśli zwiększysz ciśnienie, objętość spadnie, a jeśli zmniejszysz ciśnienie, objętość wzrośnie.