В зависимости от вашей работы или других аспектов вашего образа жизни вы можете время от времени или регулярно работать с баллонами под давлением, содержащими один или несколько видов газа. «Газ» в этом контексте не является сокращением от «бензин», а вместо этого относится к любому веществу в газообразном, а не в твердом или жидком состоянии. Одним из популярных примеров является углеводородное топливо пропан.
Иногда вам может потребоваться определить вес газа внутри баллона. Один из грубых способов сделать это - взвесить баллон, содержащий рассматриваемый газ, выпустить весь газ и снова взвесить баллон; разница в значениях будет массой газа, при условии, что воздух не может поступать в контейнер и добавить массу, которая нарушит расчет. Однако это было бы очевидной пустой тратой химических ресурсов.
Есть ли способ лучше? Действительно, и он учит вас немного физике и химии в придачу.
Стандартный газовый баллон
Цель хранения сжатых газов в баллонах и других контейнерах проста: это позволяет транспортировать и хранить большее количество вещества в меньших физических помещениях. объем, который потребовался бы, если бы рассматриваемый газ мог естественным образом распределяться, как и молекулы газа и другие частицы, составляющие воздух в атмосфере вокруг ты.
К сожалению, это влечет за собой компромисс: сжатие газов (то есть уменьшение их объема) влечет за собой пропорциональное увеличение давления при условии, что все другие переменные, такие как температура, сохраняются постоянный. Это будет подробнее рассмотрено в следующем разделе.
Таким образом, газовые баллоны имеют внутреннее давление выше атмосферного, которое составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) у поверхности Земли. Вещества, которые они содержат, должны иметь температуру кипения ниже 20 градусов по Цельсию (68 градусов по Фаренгейту). чтобы считаться газами, иначе они оставались бы твердыми частицами при температуре выше «комнатной» или так.
Закон идеального газа
Закон идеального газа гласит, что:
PV = nRT
где п давление, V объем, п количество присутствующих молей газа, р является константой и Т - температура в Кельвинах (К). В ситуации, когда Т а также п постоянны, но п а также V могут измениться, например, при открытии клапана в газосодержащем баллоне, это означает, что продукт п а также V является константой на протяжении всего процесса. В символах:
п1V1 = P2V2
Расчет объема сжатого газа
Допустим, у вас есть баллон с азотом, хранящийся при нормальной температуре (20 ° C) и давлении (14,7 фунтов на квадратный дюйм), с маркировкой объемом 29,5 л и внутренним давлением 2200 фунтов на квадратный дюйм. Каков «естественный» объем газообразного азота?
Если бы газ был выпущен, он бы разлетелся по окружающей среде, и его давление стало бы равным атмосферному. Таким образом, вы можете использовать отношение, полученное выше, где P1 = 2200 фунтов на кв. Дюйм, В1 = 29,5 л и P2 = 14,7 фунтов на квадратный дюйм, чтобы найти V2:
(2200) (29,5) / (14,7) = V2 = 4415 л
Расчет массы газа: нужна ли масса баллона?
Чтобы рассчитать массу этого объема газа, вам необходимо знать его плотность при нормальных условиях. Для получения этой информации обратитесь к странице, например, в ресурсах.
Азот (N2) имеет молекулярную массу 28,0 г / моль и плотность 1,17 кг / м3 = 1,17 г / л при 20 С. Поскольку плотность равна массе, разделенной на объем, масса равна объему, умноженному на плотность; в таком случае:
(4415 л) (1,17 г / л) = 5,165 г = 5,165 кг
- Это около 11,5 фунтов азота (1 кг = 2,204 фунта).
И, как видите, ответа на вопрос о массе цилиндра нет! Все, что вам нужно, - это практические знания химии и немного настойчивости.