V závislosti na vašej práci alebo iných aspektoch vášho životného štýlu môžete občas alebo pravidelne pracovať s tlakovými fľašami obsahujúcimi jeden alebo viac druhov plynov. „Plyn“ v tejto súvislosti nie je skratkou pre „benzín“, ale označuje akúkoľvek látku v plynnom skupenstve, na rozdiel od tuhého alebo kvapalného. Jedným z populárnych príkladov je uhľovodíkové palivo propán.
Príležitostne možno budete musieť zistiť hmotnosť plynu vo valci. Jedným z hrubých spôsobov, ako to urobiť, je odvážiť fľašu s príslušným plynom, vypustiť všetok plyn a znova ju odvážiť; rozdiel v hodnotách by bol hmotnosťou plynu za predpokladu, že do nádoby nemohol prúdiť žiadny vzduch a pripočítať by hmotnosť, ktorá by vyradila výpočet. To by však bolo zjavné plytvanie chemickými zdrojmi.
Existuje lepší spôsob? Skutočne, a naučíte vás to trochu fyziky a chémie za výhodné ceny.
Štandardná plynová fľaša
Účel skladovania stlačených plynov vo fľašiach a iných nádobách je priamy: Umožňuje viac látky transportovať a skladovať v menšej fyzickej hodnote. objem, aký by bol potrebný, keby sa predmetný plyn mohol prirodzene distribuovať, rovnako ako molekuly plynu a iné častice tvoriace vzduch v atmosfére okolo. ty.
To, bohužiaľ, znamená kompromis: Stlačenie plynov (to znamená zníženie ich objemu) znamená a proporcionálne zvýšenie tlaku, za predpokladu, že sú dodržané všetky ostatné premenné, napríklad teplota konštantný. Toto je ďalej skúmané v ďalšej časti.
Plynové fľaše preto majú vnútorný tlak vyšší ako atmosférický tlak, ktorý je 14,7 libier na štvorcový palec (psi) na povrchu Zeme. Látky, ktoré obsahujú, musia mať body varu pod 20 stupňov Celzia (68 stupňov Fahrenheita) aby sa mohli považovať za plyny, pretože inak by zostali v tuhej látke nad „izbovou teplotou“ alebo tak.
Zákon o ideálnom plyne
Zákon o ideálnom plyne hovorí, že:
PV = nRT
kde P je tlak, V. je objem, n je počet prítomných mólov plynu, R je konštanta a T je teplota v Kelvinoch (K). V situácii, v ktorej T a n sú stále ale P a V. sa môže meniť, napríklad keď sa otvorí ventil vo fľaši s plynom, znamená to, že produkt z P a V. je konštanta počas celého procesu. V symboloch:
P1V.1 = P2V.2
Výpočet objemu stlačeného plynu
Povedzme, že máte valec s dusíkom uskladnený pri normálnej teplote (20 ° C) a tlaku (14,7 psi) označený objemom 29,5 l a vnútorným tlakom 2 200 psi. Aký je „prírodný“ objem plynného dusíka?
Ak by sa plyn uvoľnil, rozptýlil by sa po celom prostredí a jeho tlak by sa vyrovnal atmosférickému tlaku. Môžete teda použiť vzťah odvodený vyššie, kde P1 = 2 200 psi, V1 = 29,5 L a P2 = 14,7 psi, aby sa zistilo V2:
(2 200) (29,5) / (14,7) = V2 = 4 415 l
Výpočet hmotnosti plynu: Je potrebná hmotnosť valca?
Ak chcete vypočítať hmotnosť tohto objemu plynu, musíte poznať jeho hustotu za normálnych podmienok. Tieto informácie nájdete na stránke, ako je napríklad stránka v zdrojoch.
Dusík (N2) má molekulovú hmotnosť 28,0 g / mol a hustotu 1,17 kg / m3 = 1,17 g / l pri 20 ° C. Pretože hustota je hmotnosť delená objemom, hmotnosť sa rovná objemu krát hustota; v tomto prípade:
(4 415 l) (1,17 g / l) = 5 165 g = 5,165 kg
- To je asi 11,5 libry dusíka (1 kg = 2,204 lb).
A ako vidíte, odpoveď na otázku o hmotnosti valca znie nie! Potrebujete len nejaké praktické znalosti z chémie a trochu vytrvalosti.