Comprimarea unui gaz inițiază modificări ale caracteristicilor sale. Deoarece îl comprimați, volumul de spațiu pe care îl ocupă gazul scade, dar se întâmplă mult mai mult decât singur. Compresia schimbă și temperatura și presiunea gazului, în funcție de specificul situației. Puteți înțelege schimbările care apar folosind o lege importantă din fizică numită legea ideală a gazelor. Această lege simplifică oarecum procesul din viața reală, dar este utilă într-o gamă largă de situații.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
În timpul compresiei, volumul (V) a unui gaz scade. Când se întâmplă acest lucru, presiunea (P) a gazului crește dacă numărul de moli (n) de gaz rămâne constantă. Dacă mențineți presiunea constantă, reducând temperatura (T) determină și comprimarea gazului.
Legea ideală a gazelor este informația cheie necesară pentru a răspunde la întrebări legate de expansiunea sau compresia unui gaz. Se afirmă: PV = nRT. Cantitatea R este constanta gazului universal și are valoarea R = 8,3145 J / mol K.
Legea gazelor ideale explicată
Legea ideală a gazelor explică ce se întâmplă cu un model simplificat de gaz într-o serie de situații. Fizicienii numesc un gaz „ideal” atunci când moleculele din care este compusă nu interacționează dincolo de săriturile reciproce ca niște bile mici. Aceasta nu surprinde imaginea precisă, dar pentru majoritatea situațiilor pe care le întâlniți, legea face predicții bune, indiferent. Legea ideală a gazelor simplifică o situație altfel complicată, deci este ușor să faci predicții despre ceea ce se va întâmpla.
Legea gazului ideal raportează temperatura (T), numărul de moli ai gazului (n), volumul gazului (V), și presiunea gazului (P) între ele, folosind o constantă numită constantă de gaz universală (R = 8,3145 J / mol K). Legea prevede:
PV = nRT
sfaturi
-
Pentru a utiliza această lege, specificați temperaturile în Kelvin, ceea ce este ușor, deoarece 0 grade C sunt 273 K, iar adăugarea unui grad suplimentar crește doar temperatura în Kelvin. Kelvin este ca Celsius, cu excepția -273 grade C este punctul de plecare de 0 K.
De asemenea, trebuie să exprimați cantitatea de gaz în alunițe. Acestea sunt utilizate în mod obișnuit în chimie, iar un mol este masa atomică relativă a moleculei de gaz, dar în grame.
Comprimarea unui gaz ideal
Comprimarea a ceva îi reduce volumul, astfel încât atunci când comprimați un gaz, volumul acestuia scade. Rearanjarea legii gazului ideal arată cum aceasta afectează alte caracteristici ale gazului:
V = nRT / P
Această ecuație este întotdeauna adevărată. Dacă comprimați un număr fix de moli de gaz și faceți acest lucru într-un proces izoterm (unul care rămâne la aceeași temperatură), presiunea trebuie să crească pentru a ține cont de volumul mai mic din stânga ecuaţie. În mod similar, atunci când răciți un gaz (reduceți T) la o presiune fixă, volumul său scade - se comprimă.
Dacă comprimați un gaz fără a constrânge temperatura sau presiunea, raportul dintre temperatură și presiune trebuie să scadă. Dacă vi se cere vreodată să rezolvați așa ceva, probabil veți primi mai multe informații pentru a face procesul mai ușor.
Schimbarea presiunii unui gaz ideal
Legea gazului ideal dezvăluie ce se întâmplă atunci când schimbați presiunea unui gaz ideal în același mod în care a făcut legea pentru volum. Cu toate acestea, folosirea unei abordări diferite arată cum poate fi utilizată legea ideală a gazelor pentru a găsi cantități necunoscute. Rearanjarea legii oferă:
PV/ T = nR
Aici, R este o constantă și dacă cantitatea de gaz rămâne aceeași, la fel este n. Folosind indicii, etichetați presiunea de pornire, volumul și temperatura eu iar cele finale f. Când procesul se termină, noua presiune, volum și temperatură sunt încă legate ca mai sus. Deci, puteți scrie:
Peu Veu/ Teu = nR = Pf Vf / Tf
Asta înseamnă:
Peu Veu/ Teu = Pf Vf / Tf
Această relație este utilă în multe situații. Dacă schimbați presiunea, dar cu un volum fix, atunci Veu și Vf sunt aceleași, deci se anulează și rămâneți cu:
Peu/ Teu = Pf / Tf
Care înseamnă:
Pf / Peu = Tf / Teu
Deci, dacă presiunea finală este de două ori mai mare decât presiunea inițială, temperatura finală trebuie să fie de două ori mai mare decât temperatura inițială. Creșterea presiunii crește temperatura gazului.
Dacă păstrați temperatura la fel, dar creșteți presiunea, temperaturile se anulează și rămâneți cu:
Peu Veu= Pf Vf
Pe care îl puteți rearanja:
Peu / Pf = Vf / Veu
Acest lucru arată cum modificarea presiunii afectează o anumită cantitate de gaz într-un proces izotermic, fără constrângeri de volum. Dacă crești presiunea, volumul scade, iar dacă scazi presiunea, volumul crește.