Komprimering av en gas initierar förändringar i dess egenskaper. Eftersom du komprimerar den minskar volymen på utrymmet som gasen upptar, men mycket mer händer än det ensamma. Kompression ändrar också temperaturen och trycket på gasen, beroende på situationens specifika egenskaper. Du kan förstå de förändringar som sker med en viktig fysiklag som kallas idealgaslagen. Denna lag förenklar den verkliga processen något, men den är användbar i många olika situationer.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Under komprimering är volymen (V) av en gas minskar. När detta händer trycket (P) av gasen ökar om antalet mol (n) förblir konstant. Om du håller trycket konstant, sänker du temperaturen (T) får också gasen att komprimeras.
Den ideala gaslagen är den viktigaste informationen som behövs för att svara på frågor relaterade till expansion eller komprimering av en gas. Det står: PV = nRT. Kvantiteten R är den universella gaskonstanten och har värdet R = 8,3145 J / mol K.
Den ideala gaslagen förklaras
Den ideala gaslagen förklarar vad som händer med en förenklad modell av en gas i en rad situationer. Fysiker kallar en gas ”ideal” när molekylerna som den består av inte interagerar utöver att studsa av varandra som små bollar. Detta fångar inte den exakta bilden, men i de flesta situationer som du stöter på ger lagen goda förutsägelser oavsett. Den ideala gaslagen förenklar en annars komplicerad situation, så det är lätt att förutse vad som kommer att hända.
Den ideala gaslagen relaterar till temperaturen (T), antalet mol av gasen (n), gasens volym (V) och gasens tryck (P) till varandra, med en konstant som kallas universalgaskonstanten (R = 8,3145 J / mol K). Lagen säger:
PV = nRT
Tips
-
För att använda denna lag anger du temperaturerna i Kelvin, vilket är enkelt eftersom 0 grader C är 273 K, och om du lägger till en extra grad ökar temperaturen i Kelvin bara med en. Kelvin är som Celsius utom -273 grader C är startpunkten för 0 K.
Du måste också uttrycka mängden gas i mol. Dessa används vanligtvis inom kemi, och en mol är gasmolekylens relativa atommassa men i gram.
Komprimera en idealisk gas
Att komprimera något minskar dess volym, så när du komprimerar en gas minskar dess volym. Omorganisering av den ideala gaslagen visar hur detta påverkar andra egenskaper hos gasen:
V = nRT / P
Denna ekvation är alltid sant. Om du komprimerar ett fast antal mol gas och gör det i en isoterm process (en som förblir på samma temperatur) måste trycket öka för att ta hänsyn till den mindre volymen till vänster om ekvation. På samma sätt när du kyler en gas (reducera T) vid ett fast tryck minskar dess volym - den komprimerar.
Om du komprimerar en gas utan att begränsa temperaturen eller trycket måste förhållandet mellan temperatur och tryck minska. Om du någonsin blir ombedd att träna något liknande kommer du förmodligen att få mer information för att göra processen enklare.
Ändra trycket på en idealisk gas
Den ideala gaslagen avslöjar vad som händer när du ändrar trycket på en idealgas på samma sätt som lagen gjorde för volymen. Att använda ett annat tillvägagångssätt visar dock hur den ideala gaslagen kan användas för att hitta okända mängder. Omlagringen av lagen ger:
PV/ T = nR
Här, R är konstant och om mängden gas förblir densamma, så är det också n. Med hjälp av prenumerationer märker du starttryck, volym och temperatur i och de sista f. När processen är klar är det nya trycket, volymen och temperaturen fortfarande relaterade som ovan. Så du kan skriva:
Pi Vi/ Ti = nR = Pf Vf / Tf
Detta betyder:
Pi Vi/ Ti = Pf Vf / Tf
Detta förhållande är användbart i många situationer. Om du ändrar trycket men med en fast volym, då Vi och Vf är samma, så de avbryter, och du sitter kvar med:
Pi/ Ti = Pf / Tf
Som betyder:
Pf / Pi = Tf / Ti
Så om det slutliga trycket är dubbelt så stort som det initiala trycket, måste den slutliga temperaturen också vara dubbelt så stor som den ursprungliga temperaturen. Att öka trycket ökar gasens temperatur.
Om du håller temperaturen densamma men ökar trycket, avbryts temperaturerna istället och du sitter kvar med:
Pi Vi= Pf Vf
Vilket du kan ordna om:
Pi / Pf = Vf / Vi
Detta visar hur förändring av trycket påverkar en viss mängd gas i en isotermisk process utan begränsningar av volymen. Om du ökar trycket minskar volymen och om du sänker trycket ökar volymen.