Care este legea gazelor ideale?

Legea gazului ideal este o ecuație matematică pe care o puteți utiliza pentru a rezolva problemele legate de temperatura, volumul și presiunea gazelor. Deși ecuația este o aproximare, este una foarte bună și este utilă pentru o gamă largă de condiții. Folosește două forme strâns legate, care explică cantitatea de gaz în moduri diferite.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Legea gazului ideal este PV = nRT, unde P = presiune, V = volum, n = numărul de moli de gaz, T este temperatura și R este o constantă de proporționalitate, de obicei 8,314. Ecuația vă permite să rezolvați probleme practice cu gaze.

Aveți de-a face cu gaze în viața de zi cu zi, precum aerul pe care îl respirați, heliul dintr-un balon de petrecere sau metanul, „gazul natural” pe care îl folosiți pentru a găti mâncarea. Aceste substanțe au în comun proprietăți foarte similare, inclusiv modul în care răspund la presiune și căldură. Cu toate acestea, la temperaturi foarte scăzute, majoritatea gazelor reale se transformă în lichide. Un gaz ideal, prin comparație, este mai mult o idee abstractă utilă decât o substanță reală; de exemplu, un gaz ideal nu se transformă niciodată în lichid și nu există nicio limită a compresibilității sale. Cu toate acestea, majoritatea gazelor reale sunt suficient de apropiate de un gaz ideal încât să puteți utiliza legea gazului ideal pentru a rezolva multe probleme practice.

Ecuațiile legii gazului ideal au presiune și volum pe o parte a semnului egal și cantitate și temperatură pe cealaltă. Aceasta înseamnă că produsul presiunii și volumul rămân proporționale cu produsul cantității și temperaturii. Dacă, de exemplu, creșteți temperatura unei cantități fixe de gaz într-un volum fix, presiunea trebuie să crească și ea. Sau, dacă mențineți presiunea constantă, gazul trebuie să se extindă într-un volum mai mare.

Pentru a utiliza corect legea gazului ideal, trebuie să utilizați unități absolute de temperatură. Gradele Celsius și Fahrenheit nu vor funcționa, deoarece pot ajunge la cifre negative. Temperaturile negative din legea gazelor ideale vă oferă presiune sau volum negativ, care nu poate exista. În schimb, utilizați scara Kelvin, care începe de la zero absolut. Dacă lucrați cu unități de limba engleză și doriți o scară legată de Fahrenheit, utilizați scara Rankine, care începe și de la zero absolut.

Prima formă comună a ecuației gazului ideal este, PV = nRT, unde P este presiune, V este volum, n este numărul de moli de gaz, R este o constantă de proporționalitate, de obicei 8,314, și T este temperatura. Pentru sistemul metric, utilizați pascale pentru presiune, metri cubi pentru volum și Kelvins pentru temperatură. Pentru a lua un exemplu, 1 mol de heliu gazos la 300 Kelvins (temperatura camerei) este sub 101 kilopascali de presiune (presiunea nivelului mării). Cât volum ocupă? Luați PV = nRT și împărțiți ambele părți cu P, lăsând V singur pe partea stângă. Ecuația devine V = nRT ÷ P. Un mol (n) ori 8.314 (R) ori 300 Kelvins (T) împărțit la 101.000 pascali (P) dau 0,0247 metri cubi de volum, sau 24,7 litri.

În clasele de știință, o altă formă obișnuită de ecuație a gazului ideal pe care o veți vedea este PV = NkT. Marele „N” este numărul de particule (molecule sau atomi) și k este o constantă a lui Boltzmann, un număr care vă permite să utilizați numărul de particule în loc de alunițe. Rețineți că pentru heliu și alte gaze nobile, utilizați atomi; pentru toate celelalte gaze, utilizați molecule. Folosiți această ecuație în același mod ca și cea precedentă. De exemplu, un rezervor de 1 litru conține 10²³ molecule de azot. Dacă reduceți temperatura la o temperatură de 200 Kelvin, care este o răcire osoasă, care este presiunea gazului din rezervor? Luați PV = NkT și împărțiți ambele părți la V, lăsând P de la sine. Ecuația devine P = NkT ÷ V. Înmulțiți 10²³ molecule (N) de constanta lui Boltzmann (1,38 x 10^-23), înmulțiți cu 200 Kelvins (T) și apoi împărțiți cu 0,001 metri cubi (1 litru) pentru a obține presiunea: 276 kilopascali.