Залежно від вашої роботи чи інших аспектів вашого способу життя, ви можете час від часу або регулярно працювати з балонами під тиском, що містять один або кілька видів газу. "Газ" у цьому контексті не означає "бензин", а натомість стосується будь-якої речовини в газоподібному, на відміну від твердого або рідкого стану. Одним з популярних прикладів є вуглеводневе паливо пропан.
Іноді вам може знадобитися знайти вагу газу всередині балона. Один грубий спосіб зробити це - зважити балон, що містить відповідний газ, розрядити весь газ і зважити балон ще раз; різниця у значеннях буде масою газу, якщо припустити, що повітря не може потрапити в контейнер і додати масу, яка відкине обчислення. Однак це було б очевидною витратою хімічних ресурсів.
Чи є кращий спосіб? Дійсно, і це навчить вас трішки фізиці та хімії.
Стандартний газовий балон
Мета зберігання стиснених газів у балонах та інших ємностях проста: це дозволяє транспортувати та зберігати більшу кількість речовини у меншій фізичній обсягу, ніж було б потрібно, якби даному газу дозволили розподілятися природним шляхом, як це роблять молекули газу та інші частинки, що складають повітря в атмосфері навколо ти.
На жаль, це тягне за собою компроміс: стиснення газів (тобто зменшення їх обсягу) тягне за собою пропорційне збільшення тиску, припускаючи, що всі інші змінні, такі як температура, зберігаються постійний. Це буде розглянуто далі в наступному розділі.
Отже, газові балони мають внутрішній тиск вищий за атмосферний, який становить 14,7 фунта на квадратний дюйм (фунт / кв. Дюйм) на поверхні Землі. Речовини, які вони містять, повинні мати температуру кипіння нижче 20 градусів Цельсія (68 градусів за Фаренгейтом) щоб вважати їх газами, бо в іншому випадку вони залишаться твердими речовинами вище "кімнатної температури" або так.
Закон про ідеальний газ
Закон про ідеальний газ стверджує, що:
PV = nRT
де P - тиск, V - обсяг, п - кількість присутніх молей газу, Р. є константою і Т - температура в Кельвіні (К). У ситуації, в якій Т і п є постійними, але P і V може змінюватися, наприклад, коли клапан відкривається в газосодержащем балоні, це означає, що продукт P і V є константою протягом усього процесу. У символах:
P1V1 = Р2V2
Розрахунок об’єму стисненого газу
Скажімо, у вас є балон з азотом, який зберігається при нормальній температурі (20 С) і тиску (14,7 фунтів / кв. Дюйм), маркований об'ємом 29,5 л і внутрішнім тиском 2200 фунтів на квадратний дюйм. Який «природний» об’єм газу азоту?
Якби газ виділився, він розпорошився б по всьому середовищу, і його тиск став би рівним атмосферному. Тому ви можете використовувати відношення, отримане вище, де P1 = 2200 фунтів на квадратний дюйм, V1 = 29,5 л і Р2 = 14,7 psi, щоб знайти V2:
(2200) (29,5) / (14,7) = V2 = 4415 л
Розрахунок маси газу: чи потрібна маса балона?
Щоб розрахувати масу цього об’єму газу, потрібно знати його щільність за нормальних умов. Щоб отримати цю інформацію, зверніться до такої сторінки, як сторінка в ресурсах.
Азот (N2) має молекулярну масу 28,0 г / моль і щільність 1,17 кг / м3 = 1,17 г / л при 20 C. Оскільки щільність - це маса, поділена на об'єм, маса дорівнює об'єму і щільності; в цьому випадку:
(4415 л) (1,17 г / л) = 5165 г = 5,165 кг
- Це близько 11,5 фунтів азоту (1 кг = 2,204 фунтів).
І, як бачите, відповідь на питання про масу циліндра - ні! Все, що вам потрібно, це трохи практичних знань з хімії та трохи наполегливості.