วิธีคิดน้ำหนักของแก๊สในกระบอกสูบ

ขึ้นอยู่กับงานของคุณหรือแง่มุมอื่น ๆ ของไลฟ์สไตล์ คุณอาจทำงานกับกระบอกสูบแรงดันที่มีก๊าซอย่างน้อยหนึ่งชนิดเป็นบางครั้งหรือเป็นประจำ "แก๊ส" ในบริบทนี้ไม่ได้ย่อมาจาก "น้ำมันเบนซิน" แต่หมายถึงสารใดๆ ที่อยู่ในสถานะก๊าซ ซึ่งต่างจากสถานะของแข็งหรือของเหลว ตัวอย่างหนึ่งที่ได้รับความนิยมคือโพรเพนเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน

บางครั้งคุณอาจต้องหาน้ำหนักของแก๊สในกระบอกสูบ วิธีหนึ่งที่หยาบคายในการทำเช่นนี้คือการชั่งน้ำหนักถังบรรจุก๊าซที่เป็นปัญหา ปล่อยก๊าซทั้งหมดและชั่งน้ำหนักถังอีกครั้ง ความแตกต่างของค่าจะเป็นมวลของก๊าซ สมมติว่าไม่มีอากาศไหลเข้าไปในภาชนะและเพิ่มมวลซึ่งจะทำให้การคำนวณหายไป อย่างไรก็ตาม นี่จะเป็นการสิ้นเปลืองทรัพยากรเคมีอย่างเห็นได้ชัด

มีวิธีที่ดีกว่า? แน่นอนและมันสอนฟิสิกส์และเคมีเพียงเล็กน้อยในการต่อรองราคา

วัตถุประสงค์ของการจัดเก็บก๊าซอัดในกระบอกสูบและภาชนะอื่นๆ นั้นตรงไปตรงมา: ช่วยให้สามารถขนส่งและจัดเก็บสารได้มากขึ้นในรูปแบบทางกายภาพที่มีขนาดเล็กลง ปริมาตรเกินกว่าที่กำหนดหากก๊าซที่เป็นปัญหาสามารถกระจายตัวได้เองตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับโมเลกุลของก๊าซและอนุภาคอื่นๆ ที่ประกอบเป็นอากาศในบรรยากาศโดยรอบ คุณ.

น่าเสียดายที่สิ่งนี้ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยน: การบีบอัดก๊าซ (นั่นคือการลดปริมาตร) ทำให้เกิด ความดันเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน สมมติว่าตัวแปรอื่นๆ ทั้งหมด เช่น อุณหภูมิ ถูกคงไว้ ค่าคงที่ นี้จะสำรวจเพิ่มเติมในส่วนภายหลัง

ถังแก๊สจึงมีความดันภายในที่สูงกว่าความดันบรรยากาศ ซึ่งอยู่ที่ 14.7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) ที่พื้นผิวโลก สารที่บรรจุต้องมีจุดเดือดต่ำกว่า 20 องศาเซลเซียส (68 องศาฟาเรนไฮต์) เพื่อที่จะถือว่าเป็นก๊าซ มิฉะนั้น พวกมันจะยังคงเป็นของแข็งเหนือ "อุณหภูมิห้อง" หรือ ดังนั้น.

กฎของแก๊สในอุดมคติระบุว่า:

PV = nRT

ที่ไหน พี คือความกดดัน วี คือปริมาณ น คือจำนวนโมลของก๊าซที่มีอยู่ R เป็นค่าคงที่และ ตู่ คือ อุณหภูมิในหน่วยเคลวิน (K) ในสถานการณ์ที่ ตู่ และ น คงที่แต่ พี และ วี สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เช่น เมื่อเปิดวาล์วในถังบรรจุก๊าซ หมายความว่า ผลิตภัณฑ์ของ พี และ วี เป็นค่าคงที่ตลอดกระบวนการ ในสัญลักษณ์:

พี₁วี₁ = ป₂วี₂

สมมติว่าคุณมีถังไนโตรเจนเก็บไว้ที่อุณหภูมิปกติ (20 C) และความดัน (14.7 psi) ที่มีปริมาตร 29.5 L และความดันภายใน 2,200 psi ปริมาตร "ธรรมชาติ" ของก๊าซไนโตรเจนคืออะไร?

ถ้าก๊าซถูกปล่อยออกมา มันจะกระจายไปทั่วสิ่งแวดล้อม และความดันของมันก็จะเท่ากับความดันบรรยากาศ คุณสามารถใช้ความสัมพันธ์ที่ได้รับข้างต้นโดยที่P₁ = 2,200 psi, V₁ = 29.5 L และ P₂ = 14.7 psi เพื่อหา V₂:

(2,200)(29.5)/(14.7) = V₂ = 4,415 ล

ในการคำนวณมวลของปริมาตรนี้ คุณจำเป็นต้องทราบความหนาแน่นของก๊าซภายใต้สภาวะปกติ สำหรับข้อมูลนี้ โปรดดูที่หน้าเช่นหน้าในแหล่งข้อมูล

ไนโตรเจน (N₂) มีมวลโมเลกุล 28.0 g/mol และความหนาแน่น 1.17 kg/m³ = 1.17 ก./ลิตร ที่ 20 องศาเซลเซียส เนื่องจากความหนาแน่นคือมวลหารด้วยปริมาตร มวลจึงเท่ากับปริมาตรคูณความหนาแน่น ในกรณีนี้:

(4,415 ลิตร) (1.17 กรัม/ลิตร) = 5,165 กรัม = 5.165 กิโลกรัม

• นี่คือไนโตรเจนประมาณ 11.5 ปอนด์ (1 กก. = 2.204 ปอนด์)

และอย่างที่คุณเห็น คำตอบของคำถามเกี่ยวกับมวลของทรงกระบอกก็คือ ไม่! สิ่งที่คุณต้องมีคือความรู้ทางเคมีเชิงปฏิบัติและความอุตสาหะเพียงเล็กน้อย