Kaj je zakon o idealnem plinu?

Zakon o idealnem plinu je matematična enačba, s katero lahko rešite probleme, povezane s temperaturo, prostornino in tlakom plinov. Čeprav je enačba približek, je zelo dobra in je uporabna za širok spekter pogojev. Uporablja dve tesno povezani obliki, ki na različne načine upoštevata količino plina.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Zakon o idealnem plinu je PV = nRT, kjer je P = tlak, V = prostornina, n = število molov plina, T temperatura in R konstanta sorazmernosti, običajno 8,314. Enačba vam omogoča reševanje praktičnih problemov s plini.

V vsakdanjem življenju imate opravka s plini, kot so zrak, ki ga vdihnete, helij v zabaviščnem balonu ali metan, "zemeljski plin", ki ga uporabljate za kuhanje hrane. Te snovi imajo zelo podobne skupne lastnosti, vključno z načinom odzivanja na pritisk in toploto. Vendar se pri zelo nizkih temperaturah večina pravih plinov spremeni v tekočino. Idealni plin je za primerjavo bolj uporabna abstraktna ideja kot resnična snov; na primer, idealen plin se nikoli ne spremeni v tekočino in njegova stisljivost ni omejena. Vendar je večina resničnih plinov dovolj blizu idealnemu plinu, da lahko z zakonom o idealnem plinu rešite številne praktične probleme.

Enačbe zakona Idealnega plina imajo na drugi strani enačbe tlak in prostornino, na drugi pa količino in temperaturo. To pomeni, da zmnožek tlaka in prostornine ostane sorazmeren zmnožku količine in temperature. Če na primer zvišate temperaturo določene količine plina v določeni prostornini, se mora povečati tudi tlak. Če pa tlak ohranjate konstanten, se mora plin razširiti v večjo prostornino.

Za pravilno uporabo zakona o idealnem plinu morate uporabiti absolutne enote temperature. Stopinje Celzija in Fahrenheita ne bodo delovale, ker lahko preidejo na negativne številke. Negativne temperature v zakonu o idealnem plinu povzročajo negativni tlak ali prostornino, ki ne moreta obstajati. Namesto tega uporabite Kelvinovo lestvico, ki se začne na absolutni ničli. Če delate z angleškimi enotami in želite lestvico, povezano s Fahrenheitom, uporabite Rankinovo lestvico, ki se prav tako začne na absolutni ničli.

Prva pogosta oblika enačbe idealnega plina je PV = nRT, kjer je P tlak, V volumen, n število molov plina, R konstanta sorazmernosti, običajno 8.314, T pa temperatura. Za metrični sistem uporabite paskale za tlak, kubične metre za prostornino in Kelvine za temperaturo. Na primer, 1 mol helijevega plina pri 300 Kelvinih (sobna temperatura) je pod 101 kilopaskalom tlaka (morski tlak). Koliko prostornine zaseda? Vzemite PV = nRT in obe strani razdelite s P, V pa ostane sam na levi strani. Enačba postane V = nRT ÷ P. En mol (n) krat 8.314 (R) krat 300 kelvinov (T), deljen s 101.000 paskali (P), daje 0,0247 prostorninskih metrov prostornine ali 24,7 litra.

Pri pouku naravoslovja je še ena pogosta oblika enačbe idealnega plina, ki jo boste videli, PV = NkT. Veliki "N" je število delcev (molekul ali atomov), k pa Boltzmannova konstanta, število, ki vam omogoča, da namesto molov uporabite število delcev. Upoštevajte, da za helij in druge plemenite pline uporabljate atome; za vse ostale pline uporabite molekule. Uporabite to enačbo na približno enak način kot prejšnjo. Na primer, 1-litrski rezervoar vsebuje 10²³ molekule dušika. Če znižate temperaturo na 200 kelvinov, ki ohladijo kosti, kolikšen je tlak plina v rezervoarju? Vzemimo PV = NkT in obe strani delimo z V, P pa ostane sam. Enačba postane P = NkT ÷ V. Pomnožite 10²³ molekul (N) z Boltzmannovo konstanto (1,38 x 10^-23), pomnožite z 200 Kelvini (T) in nato delite z 0,001 kubičnimi metri (1 liter), da dobite tlak: 276 kilopaskalov.