Vad är den ideala gaslagen?

Idealgas-lagen är en matematisk ekvation som du kan använda för att lösa problem relaterade till gasernas temperatur, volym och tryck. Även om ekvationen är en approximation, är den mycket bra och den är användbar för ett stort antal förhållanden. Den använder två nära besläktade former som redogör för kvantiteten av en gas på olika sätt.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Idealgaslagen är PV = nRT, där P = tryck, V = volym, n = antal mol gas, T är temperatur och R är en proportionalitetskonstant, vanligtvis 8,314. Ekvationen låter dig lösa praktiska problem med gaser.

Du hanterar gaser i vardagen, till exempel luften du andas in, helium i en festballong eller metan, den "naturgas" du använder för att laga mat. Dessa ämnen har mycket liknande egenskaper gemensamt, inklusive hur de reagerar på tryck och värme. Men vid mycket låga temperaturer blir de flesta riktiga gaser till vätska. En idealisk gas är i jämförelse mer en användbar abstrakt idé än en verklig substans; Till exempel blir en idealgas aldrig vätska och det finns ingen gräns för komprimerbarheten. Men de flesta riktiga gaser är tillräckligt nära en idealgas så att du kan använda Idealgas-lagen för att lösa många praktiska problem.

Idealgaslagsekvationerna har tryck och volym på ena sidan av lika tecken och mängd och temperatur på den andra. Detta innebär att produkten av trycket och volymen förblir proportionell mot produkten av mängden och temperaturen. Om du till exempel ökar temperaturen för en fast mängd gas i en fast volym, måste trycket också öka. Eller om du håller trycket konstant måste gasen expandera till en större volym.

För att använda Idealgas-lagen korrekt måste du använda absoluta temperaturenheter. Grad Celsius och Fahrenheit fungerar inte eftersom de kan gå till negativa siffror. Negativa temperaturer i Idealgas-lagen ger dig undertryck eller volym, som inte kan existera. Använd istället Kelvin-skalan, som börjar vid absolut noll. Om du arbetar med engelska enheter och vill ha en Fahrenheit-relaterad skala, använd Rankine-skalan, som också börjar med absolut noll.

Den första vanliga formen för den ideala gasekvationen är, PV = nRT, där P är tryck, V är volym, n är antalet mol gas, R är en proportionalitetskonstant, typiskt 8,314, och T är temperatur. För metriska systemet, använd pascal för tryck, kubikmeter för volym och Kelvins för temperatur. För att ta ett exempel är 1 mol heliumgas vid 300 Kelvins (rumstemperatur) under 101 kilopascal tryck (havsnivåtryck). Hur mycket volym upptar det? Ta PV = nRT och dela båda sidor med P och lämna V för sig själv på vänster sida. Ekvationen blir V = nRT ÷ P. En mol (n) gånger 8.314 (R) gånger 300 Kelvins (T) dividerat med 101.000 pascal (P) ger 0,0247 kubikmeter volym, eller 24,7 liter.

I naturvetenskapsklasser är en annan vanlig idealgasekvationsformulär PV = NkT. Det stora "N" är antalet partiklar (molekyler eller atomer), och k är en Boltzmanns konstant, ett tal som låter dig använda antalet partiklar istället för mol. Observera att för helium och andra ädelgaser använder du atomer; Använd alla molekyler för alla andra gaser. Använd denna ekvation på ungefär samma sätt som den föregående. Till exempel rymmer en 1-liters tank 10²³ kväve-molekyler. Om du sänker temperaturen till en benkyld 200 Kelvin, vad är gasens tryck i tanken? Ta PV = NkT och dela båda sidor med V och lämna P för sig själv. Ekvationen blir P = NkT ÷ V. Multiplicera 10²³ molekyler (N) av Boltzmanns konstant (1,38 x 10^-23multiplicera med 200 Kelvins (T) och dela sedan med 0,001 kubikmeter (1 liter) för att få trycket: 276 kilopascal.