Zákon ideálneho plynu je matematická rovnica, ktorú môžete použiť na riešenie problémov týkajúcich sa teploty, objemu a tlaku plynov. Aj keď je rovnica približná, je to veľmi dobrá rovnica a je vhodná pre rôzne podmienky. Používa dve úzko súvisiace formy, ktoré zohľadňujú množstvo plynu rôznymi spôsobmi.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Zákon ideálneho plynu je PV = nRT, kde P = tlak, V = objem, n = počet mólov plynu, T je teplota a R je konštanta proporcionality, zvyčajne 8,314. Rovnica vám umožní vyriešiť praktické problémy s plynmi.
Skutočný vs. Ideálny plyn
S plynmi sa stretávate v každodennom živote, napríklad so vzduchom, ktorý dýchate, s héliom v balóne alebo metánom, „zemným plynom“, ktorý používate na varenie jedla. Tieto látky majú spoločné veľmi podobné vlastnosti, vrátane toho, ako reagujú na tlak a teplo. Avšak pri veľmi nízkych teplotách sa väčšina skutočných plynov zmení na kvapalinu. Pre porovnanie ideálny plyn predstavuje skôr užitočnú abstraktnú myšlienku ako skutočnú látku; ideálny plyn sa napríklad nikdy nezmení na kvapalný a jeho stlačiteľnosť nie je nijako obmedzená. Väčšina skutočných plynov je však dostatočne blízko ideálnemu plynu, ktorý môžete podľa zákona o ideálnom plyne vyriešiť pri mnohých praktických problémoch.
Objem, teplota, tlak a množstvo
Rovnice zákona o ideálnom plyne majú tlak a objem na jednej strane znamienka rovnosti a množstvo a teplotu na druhej strane. To znamená, že súčin tlaku a objemu zostáva úmerný súčinu množstva a teploty. Ak napríklad zvýšite teplotu stáleho množstva plynu v stálom objeme, musí sa zvýšiť aj tlak. Alebo, ak udržujete konštantný tlak, musí plyn expandovať do väčšieho objemu.
Ideálny plyn a absolútna teplota
Aby ste zákon o ideálnom plyne mohli používať správne, musíte používať absolútne jednotky teploty. Stupne Celzia a Fahrenheita nebudú fungovať, pretože môžu ísť do záporných čísel. Záporné teploty v zákone o ideálnom plyne vám dávajú záporný tlak alebo objem, ktorý nemôže existovať. Namiesto toho použite Kelvinovu stupnicu, ktorá začína na absolútnej nule. Ak pracujete s anglickými jednotkami a chcete stupnicu súvisiacu s Fahrenheitom, použite Rankinovu stupnicu, ktorá tiež začína absolútnou nulou.
Formulár rovnice I
Prvá bežná forma rovnice ideálneho plynu je, PV = nRT, kde P je tlak, V je objem, n je počet mólov plynu, R je konštanta proporcionality, zvyčajne 8,314, a T je teplota. Pre metrický systém používajte pascaly pre tlak, metre kubické pre objem a Kelviny pre teplotu. Vezmime si jeden príklad, 1 mol plynného hélia pri 300 Kelvinoch (izbová teplota) je pod 101 kilopascalov tlaku (tlak na hladine mora). Aký veľký objem zaberá? Vezmeme PV = nRT a obidve strany vydelíme P, pričom ponecháme V na ľavej strane. Rovnica sa zmení na V = nRT ÷ P. Jeden mol (n) krát 8,314 (R) krát 300 Kelvinov (T) vydelený 101 000 pascalmi (P) dáva 0,0247 kubického metra objemu, alebo 24,7 litra.
Formulár rovnice II
Na hodinách prírodovedy môžete vidieť ďalší bežný formulár rovnice ideálneho plynu PV = NkT. Veľké „N“ je počet častíc (molekúl alebo atómov) a k je Boltzmannova konštanta, číslo, ktoré umožňuje použiť počet častíc namiesto mólov. Upozorňujeme, že pre hélium a iné vzácne plyny používate atómy; pre všetky ostatné plyny použite molekuly. Použite túto rovnicu rovnako ako predchádzajúca. Napríklad do 1-litrovej nádrže sa zmestí 1023 molekuly dusíka. Ak znížite teplotu na 200 Kelvinov, ochladzujúcich kosti, aký je tlak plynu v nádrži? Vezmeme PV = NkT a obidve strany vydelíme V, pričom P necháme samo od seba. Rovnica sa stáva P = NkT ÷ V. Vynásobte 1023 molekúl (N) Boltzmannovou konštantou (1,38 x 10-23), vynásobte 200 Kelvinmi (T) a potom vydelte 0,001 kubických metrov (1 liter), aby ste získali tlak: 276 kilopascalov.