Bir tüplü dalgıç olduğunuzu ve tankınızın hava kapasitesini hesaplamanız gerektiğini hayal edin. Veya bir balonu belli bir boyuta kadar şişirdiğinizi ve balonun içindeki basıncın nasıl olduğunu merak ettiğinizi hayal edin. Veya normal bir fırın ile tost makinesi fırınının pişirme sürelerini karşılaştırdığınızı varsayalım. Nereden başlarsın?
Tüm bu sorular havanın hacmi ve hava basıncı, sıcaklık ve hacim arasındaki ilişki ile ilgilidir. Ve evet, ilgililer! Neyse ki, bu ilişkilerle başa çıkmak için önceden hazırlanmış bir dizi bilimsel yasa var. Sadece bunları nasıl uygulayacağınızı öğrenmeniz gerekiyor. Bu yasalara Gaz Yasaları diyoruz.
Hava Basıncı ve Hacim: Boyle Yasası
Boyle Yasası, bir gazın hacmi ile basıncı arasındaki ilişkiyi tanımlar. Şunu düşünün: Hava dolu bir kutuyu alıp, boyutunun yarısına kadar bastırırsanız, hava moleküllerinin hareket etmek için daha az alanı olur ve birbirlerine çok daha fazla çarparlar. Hava moleküllerinin birbirleriyle ve kabın kenarlarıyla olan bu çarpışmaları, hava basıncını yaratan şeydir.
Boyle Yasası sıcaklığı dikkate almaz, bu nedenlesıcaklık sabit olmalıdırkullanmak için.
Boyle Kanunusabit bir sıcaklıkta, belirli bir gaz kütlesinin (veya miktarının) hacminin basınçla ters orantılı olarak değiştiğini belirtir.
Denklem biçiminde, bu:
P_1V_1=P_2V_2
nerede P1 ve V1 ilk hacim ve basınç ve P2 ve V2 yeni hacim ve basınçtır.
Misal: Hava basıncının 3000 psi (inç kare başına pound) ve tankın hacminin (veya "kapasitesinin") 70 fit küp olduğu bir tüplü tank tasarladığınızı varsayalım. 3500 psi'lik daha yüksek basınçlı bir tank yapmaya karar verirseniz, aynı miktarda havayla doldurduğunuzu ve sıcaklığı aynı tuttuğunuzu varsayarsak, tankın hacmi ne olurdu?
Verilen değerleri Boyle Yasasına takın:
3000\text{ psi}\times 70\text{ ft}^3 = 3500\text{ psi}\times V_2
Basitleştirin, ardından denklemin bir tarafındaki değişkeni ayırın ve V için çözün2:
V_2=\frac{3000\text{ psi}\times 70\text{ ft}^3}{3500\text{ psi}}=60\text{ ft}^3
Yani tüplü tankınızın ikinci versiyonu 60 fit küp olacaktır.
Hava Sıcaklığı ve Hacmi: Charles Yasası
Hacim ve sıcaklık arasındaki ilişki hakkında ne düşünüyorsunuz? Daha yüksek sıcaklıklar, molekülleri hızlandırır, kaplarının kenarlarıyla daha sert ve daha sert çarpışır ve dışarı doğru iter. Charles Yasası bu durumun matematiğini verir.
Charles Yasasısabit bir basınçta, belirli bir gaz kütlesinin (miktarının) hacminin (mutlak) sıcaklığıyla doğru orantılı olduğunu belirtir.
Veya:
\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}
Charles Yasası için basınç sabit tutulmalı ve sıcaklık Kelvin cinsinden ölçülmelidir.
Basınç, Sıcaklık ve Hacim: Kombine Gaz Yasası
Şimdi, aynı problemde basınç, sıcaklık ve hacim bir arada olursa ne olur? Bunun da bir kuralı var.Kombine Gaz YasasıBoyle Yasası ve Charles Yasasından bilgileri alır ve basınç-sıcaklık-hacim ilişkisinin başka bir yönünü tanımlamak için bunları bir araya getirir.
Kombine Gaz YasasıBelirli bir miktardaki gazın hacminin, Kelvin sıcaklığının ve basıncının oranıyla orantılı olduğunu belirtir. Bu kulağa karmaşık geliyor, ancak denkleme bir göz atın:
\frac{P_1V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}
Yine sıcaklık Kelvin cinsinden ölçülmelidir.
İdeal Gaz Yasası
Bir gazın bu özelliklerini ilişkilendiren son bir denklem,İdeal Gaz Yasası. Kanun aşağıdaki denklemle verilir:
PV=nRT
burada P = basınç, V = hacim, n = mol sayısı, REvrensel gaz sabiti0,0821 L-atm / mol-K'ye eşittir ve T, Kelvin cinsinden sıcaklıktır. Tüm birimleri doğru almak için dönüştürmeniz gerekirSI birimleri, bilimsel topluluk içindeki standart ölçü birimleri. Hacim için litre; basınç için atm; ve sıcaklık için Kelvin (n, mol sayısı, zaten SI birimlerindedir).
Bu yasaya "İdeal" gaz yasası denir çünkü hesaplamaların kurallara uyan gazlarla ilgili olduğunu varsayar. Aşırı sıcak veya soğuk gibi aşırı koşullar altında, bazı gazlar İdeal Gazdan farklı davranabilir. Kanun önerebilir, ancak genel olarak kanunu kullanan hesaplamalarınızın olacağını varsaymak güvenlidir. doğru.
Artık çeşitli koşullar altında hava hacmini hesaplamanın birkaç yolunu biliyorsunuz.