Закон ідеального газу - це математичне рівняння, за допомогою якого можна розв’язувати задачі, пов’язані з температурою, об’ємом та тиском газів. Хоча рівняння є наближенням, воно є дуже хорошим і корисним для широкого кола умов. Він використовує дві тісно пов’язані форми, які по-різному враховують кількість газу.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Закон ідеального газу - PV = nRT, де P = тиск, V = об'єм, n = кількість молей газу, T - температура, а R - константа пропорційності, зазвичай 8,314. Рівняння дозволяє вирішувати практичні задачі з газами.
Реал проти Ідеальний газ
Ви маєте справу з газами у повсякденному житті, такими як повітря, яким ви дихаєте, гелієм у повітряній кулі або метаном, «природним газом», який ви використовуєте для приготування їжі. Ці речовини мають дуже схожі загальні властивості, в тому числі вони реагують на тиск і тепло. Однак при дуже низьких температурах більшість справжніх газів перетворюються на рідину. Для порівняння, ідеальний газ - скоріше корисна абстрактна ідея, ніж реальна речовина; наприклад, ідеальний газ ніколи не перетворюється на рідкий, і його стисливість не обмежена. Однак більшість реальних газів досить близькі до ідеального газу, і ви можете використовувати закон Ідеального газу для вирішення багатьох практичних проблем.
Об'єм, температура, тиск і кількість
Рівняння закону ідеального газу мають тиск і об’єм з одного боку від знака рівності, а з іншого - кількість і температуру. Це означає, що добуток тиску та об'єму залишається пропорційним добутку кількості та температури. Якщо, наприклад, ви підвищуєте температуру фіксованої кількості газу у фіксованому обсязі, тиск також повинен зростати. Або, якщо ви підтримуєте постійний тиск, газ повинен розширюватися в більший об’єм.
Ідеальний газ та абсолютна температура
Щоб правильно використовувати закон ідеального газу, ви повинні використовувати абсолютні одиниці температури. Градуси Цельсія та Фаренгейта не спрацюють, оскільки вони можуть перейти до від’ємних чисел. Негативні температури в законі про ідеальний газ дають вам негативний тиск або об’єм, яких не може бути. Натомість використовуйте шкалу Кельвіна, яка починається з абсолютного нуля. Якщо ви працюєте з англійськими одиницями та хочете отримати шкалу Фаренгейта, використовуйте шкалу Ренкіна, яка також починається з абсолютного нуля.
Форма рівняння I
Першою поширеною формою рівняння ідеального газу є PV = nRT, де P - тиск, V - об'єм, n - кількість молей газу, R - константа пропорційності, як правило, 8,314, T - температура. Для метричної системи використовуйте паскалі для тиску, кубічні метри для обсягу та кельвіни для температури. Для прикладу 1 моль газу гелію при 300 Кельвінах (кімнатна температура) знаходиться під 101 кілопаскалем тиску (тиск на рівні моря). Скільки обсягу він займає? Візьмемо PV = nRT і розділимо обидві сторони на P, залишивши V самостійно на лівій стороні. Рівняння стає V = nRT ÷ P. Один моль (n) в 8,314 (R) в 300 кельвінів (T), розділений на 101 000 паскалів (P), дає 0,0247 кубічних метрів об'єму, або 24,7 літра.
Форма рівняння II
На уроках природознавства ще однією поширеною формою рівняння ідеального газу, яку ви побачите, є PV = NkT. Велике "N" - це кількість частинок (молекул або атомів), а k - константа Больцмана, число, яке дозволяє використовувати кількість частинок замість молей. Зверніть увагу, що для гелію та інших благородних газів ви використовуєте атоми; для всіх інших газів використовуйте молекули. Використовуйте це рівняння приблизно так само, як і попереднє. Наприклад, в 1-літровий бак вміщується 1023 молекули азоту. Якщо знизити температуру до охолоджуючих кісток 200 кельвінів, який тиск газу в баку? Візьмемо PV = NkT і розділимо обидві сторони на V, залишаючи P само собою. Рівняння стає P = NkT ÷ V. Помножте 1023 молекул (N) за константою Больцмана (1,38 х 10-23), помножте на 200 Кельвінів (Т), а потім розділіть на 0,001 кубічного метра (1 літр), щоб отримати тиск: 276 кілопаскалей.