•••Tatomm/iStock/GettyImages
W swoim codziennym życiu prawdopodobnie przyjmujesz za pewnik fakt, że jesteś otoczony gazami, zwykle w postaci powietrza, ale czasami w innych formach. Niezależnie od tego, czy jest to bukiet wypełnionych helem balonów, które kupujesz dla ukochanej osoby, czy powietrze, które wkładasz do opon samochodu, gazy muszą zachowywać się w przewidywalny sposób, abyś mógł z nich korzystać.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Gazy generalnie zachowują się w sposób opisany przez Prawo dotyczące gazów doskonałych. Atomy lub cząsteczki tworzące gaz zderzają się ze sobą, ale nie przyciągają się, jak przy tworzeniu nowych związków chemicznych. Energia kinetyczna to rodzaj energii związany z ruchem tych atomów lub cząsteczek; to sprawia, że energia związana z gazem reaguje na zmiany temperatury. Dla danej ilości gazu spadek temperatury spowoduje spadek ciśnienia, jeśli wszystkie inne zmienne pozostaną stałe.
Właściwości chemiczne i fizyczne każdego gazu różnią się od właściwości innych gazów. Kilku naukowców między XVII a XIX wiekiem dokonało obserwacji, które wyjaśniały ogólne zachowanie wielu gazów w kontrolowanych warunkach; ich odkrycia stały się podstawą tego, co jest obecnie znane jako prawo gazu doskonałego.
Formuła prawa gazu doskonałego wygląda następująco:
PV=nRT=NkT
gdzie,
- P = ciśnienie bezwzględne
- V = objętość
- n = liczba moli
- R = uniwersalna stała gazowa = 8,3145 dżuli na mol pomnożonych przez jednostki temperatury Kelvina, często wyrażane jako „8,3145 J/mol K”
- T = temperatura bezwzględna
- N = liczba cząsteczek
- k = stała Boltzmanna = 1.38066 x 10-23 Dżule na Kelvin jednostki temperatury
- NZA = liczba Avogadro = 6,0221 x 1023 cząsteczek na mol
Korzystając ze wzoru na prawo gazu doskonałego – i trochę algebry – możesz obliczyć, jak zmiana temperatury wpłynęłaby na ciśnienie ustalonej próbki gazu. Korzystając z właściwości przechodniej, możesz wyrazić wyrażenie:
PV=nRT \implikuje\frac{PV}{nR}=T
Ponieważ liczba moli lub ilość cząsteczek gazu jest utrzymywana na stałym poziomie, a liczba moli jest mnożona przez stała, wszelkie zmiany temperatury wpłynęłyby na ciśnienie, objętość lub oba jednocześnie dla danej próbki o gaz.
Podobnie można również wyrazić formułę w sposób obliczający ciśnienie. Ta równoważna formuła:
P=\frac{nRT}{V}
pokazuje, że zmiana ciśnienia, podczas gdy wszystkie inne rzeczy pozostają stałe, będą proporcjonalnie zmieniać temperaturę gazu.