Hur man beräknar luftvolym

Tänk dig att du är en dykare och du måste beräkna din tankens luftkapacitet. Eller föreställ dig att du har sprängt en ballong till en viss storlek och du undrar hur trycket är inne i ballongen. Eller antag att du jämför tillagningstiderna för en vanlig ugn och en brödrostugn. Var börjar du?

Alla dessa frågor har att göra med luftvolymen och förhållandet mellan lufttryck, temperatur och volym. Och ja, de är släkt! Lyckligtvis finns det ett antal vetenskapliga lagar som redan har utarbetats för att hantera dessa relationer. Du måste bara lära dig att tillämpa dem. Vi kallar dessa lagar gaslagar.

Boyles lag definierar förhållandet mellan en gasvolym och dess tryck. Tänk på det här: Om du tar en låda full av luft och sedan trycker ner den till hälften av sin storlek, kommer luftmolekylerna att ha mindre utrymme att röra sig och kommer att stöta på varandra mycket mer. Dessa kollisioner av luftmolekyler med varandra och med behållarens sidor är det som skapar lufttryck.

Boyles lag tar inte hänsyn till temperaturen, såtemperaturen måste vara konstantför att kunna använda den.

​Boyles laganger att volymen hos en viss massa (eller mängd) gas vid en konstant temperatur varierar omvänt med trycket.

I form av ekvation är det:

där P₁ och V₁ är initialvolym och tryck och P₂ och V₂ är den nya volymen och trycket.

​Exempel: Antag att du utformar en dyktank där lufttrycket är 3000 psi (pund per kvadrattum) och tankens volym (eller "kapacitet") är 70 kubikfot. Om du bestämmer dig för att hellre göra en tank med ett högre tryck på 3500 psi, vad skulle tankens volym vara, förutsatt att du fyller den med samma mängd luft och håller temperaturen densamma?

Anslut de givna värdena till Boyles lag:

Förenkla, isolera sedan variabeln på ena sidan ekvationen och lös för V₂:

Så den andra versionen av din scuba-tank skulle vara 60 kubikfot.

Vad sägs om sambandet mellan volym och temperatur? Högre temperaturer får molekyler att påskyndas, kolliderar hårdare och hårdare med behållarens sidor och skjuter utåt. Charles 'Law ger matematik för denna situation.

​Charles 'laganger att vid ett konstant tryck är volymen för en given massa (mängd) gas direkt proportionell mot dess (absoluta) temperatur.

Eller:

För Charles 'lag måste trycket hållas konstant och temperaturen bör mätas i Kelvin.

Tänk nu om du har tryck, temperatur och volym tillsammans i samma problem? Det finns en regel för det också. DeKombinerad gaslagtar informationen från Boyles lag och Charles 'lag och sammanfogar dem för att definiera en annan aspekt av förhållandet mellan tryck och temperatur.

DeKombinerad gaslaganger att volymen för en viss mängd gas är proportionell mot förhållandet mellan dess Kelvin-temperatur och dess tryck. Det låter komplicerat, men ta en titt på ekvationen:

Återigen bör temperaturen mätas i Kelvin.

En slutlig ekvation som relaterar dessa egenskaper hos en gas ärIdealisk gaslag. Lagen ges av följande ekvation:

där P = tryck, V = volym, n = antal mol, R äruniversell gaskonstant, vilket är lika med 0,0821 L-atm / mol-K, och T är temperaturen i Kelvin. För att få alla enheter rätt måste du konvertera tillSI-enheter, standardmåttenheterna inom vetenskapssamhället. För volym är det liter; för tryck, atm; och för temperatur är Kelvin (n, antalet mol, redan i SI-enheter).

Denna lag kallas den "ideala" gaslagen eftersom den antar att beräkningarna handlar om gaser som följer reglerna. Under extrema förhållanden, som extremt varmt eller kallt, kan vissa gaser verka annorlunda än Idealgas Lag skulle föreslå, men i allmänhet är det säkert att anta att dina beräkningar med lagen kommer att vara det korrekt.

Nu vet du flera sätt att beräkna luftvolymen under olika omständigheter.