Kandungan
- TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)
- Tekanan dan Kelantangan Udara: Undang-undang Boyles
- Suhu dan Volum Udara: Charles Law
- Tekanan, Suhu dan Volum: Undang-undang Gas Gabungan
- Undang-undang Gas Ideal
Bayangkan anda penyelam skuba, dan anda perlu mengira kapasiti udara tangki anda. Atau bayangkan anda meletupkan belon ke saiz tertentu, dan anda tertanya-tanya apa tekanan seperti di dalam belon. Atau andaikan membandingkan masa memasak oven ketuhar dan ketuhar pembakar roti. Di manakah anda bermula?
Semua soalan ini mempunyai kaitan dengan jumlah udara dan hubungan antara tekanan udara, suhu dan isipadu. Dan ya, mereka berkaitan! Nasib baik, terdapat beberapa undang-undang saintifik yang telah ditangani untuk menangani hubungan ini. Anda hanya perlu belajar cara menerapkannya. Kami memanggil undang-undang ini Undang-undang Gas.
TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)
The Undang-undang Gas adalah:
Boyles Law: P1V1 = P2V2.
Charles Law: P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, di mana T berada di Kelvin.
Undang-undang Gas Gabungan: P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, di mana T berada di Kelvin.
Undang-undang Gas Ideal: PV = nRT, (pengukuran dalam unit SI).
Tekanan dan Kelantangan Udara: Undang-undang Boyles
Undang-undang Boyles mentakrifkan hubungan antara jumlah gas dan tekanannya. Fikirkan ini: Jika anda mengambil kotak yang penuh dengan udara dan kemudian tekan ia ke separuh saiznya, molekul udara akan mempunyai ruang yang kurang untuk bergerak dan akan bertemu satu sama lain lagi. Perlanggaran molekul udara antara satu sama lain dan dengan sisi bekas adalah apa yang menciptakan tekanan udara.
Boyles Law tidak mengambil suhu untuk dipertimbangkan, jadi suhu mesti tetap untuk menggunakannya.
Boyles Law menyatakan bahawa, pada suhu malar, jumlah jisim tertentu (atau jumlah) gas berubah dengan terbalik dengan tekanan.
Dalam bentuk persamaan, itu:
P1 x V1 = P2 x V2
di mana P1 dan V1 adalah isipadu awal dan tekanan dan P2 dan V2 adalah jumlah dan tekanan baru.
Contoh: Katakan anda merancang tangki skuba di mana tekanan udara adalah 3000 psi (pon per inci persegi) dan jumlah (atau "kapasiti") tangki adalah 70 kaki padu. Sekiranya anda memutuskan untuk membuat tangki dengan tekanan lebih tinggi 3500 psi, apakah jumlah tangki itu, dengan mengandaikan anda mengisi dengan jumlah udara yang sama dan menjaga suhu yang sama?
Palamkan nilai yang diberikan kepada Boyles Law:
3000 psi x 70 kaki3 = 3500 psi x V2
Memudahkan, kemudian mengasingkan pemboleh ubah pada satu sisi persamaan:
210,000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210,000 psi x ft3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 kaki3 = V2
Jadi versi kedua tangki skuba anda ialah 60 kaki padu.
Suhu dan Volum Udara: Charles Law
Bagaimana dengan hubungan antara kelantangan dan suhu? Suhu yang tinggi membuat molekul mempercepatkan, bertembung lebih keras dan lebih keras dengan sisi bekas mereka dan menolaknya ke luar. Charles Law memberikan matematik untuk keadaan ini.
Charles Law menyatakan bahawa pada tekanan malar, jumlah jisim (jumlah) tertentu gas adalah berpadanan secara langsung dengan suhu (mutlak )nya.
Atau V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
Untuk Charles Law, tekanan perlu dipertahankan, dan suhu harus diukur dalam Kelvin.
Tekanan, Suhu dan Volum: Undang-undang Gas Gabungan
Sekarang, bagaimana jika anda mempunyai tekanan, suhu dan jumlah semua bersama dalam masalah yang sama? Ada peraturan untuk itu juga. The Undang-undang Gas Gabungan mengambil maklumat dari Boyles Law dan Charles Law dan menjalinkannya bersama-sama untuk menentukan aspek lain dari hubungan tekanan suhu-tekanan.
The Undang-undang Gas Gabungan menyatakan bahawa isipadu jumlah tertentu gas adalah berkadar dengan nisbah suhu Kelvin dan tekanannya. Yang berbunyi rumit, tetapi perhatikan persamaan:
P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
Sekali lagi, suhu perlu diukur dalam Kelvin.
Undang-undang Gas Ideal
Satu persamaan akhir yang berkaitan dengan sifat-sifat gas ini ialah Undang-undang Gas Ideal. Undang-undang diberikan oleh persamaan berikut:
PV = nRT,
di mana P = tekanan, V = isipadu, n = bilangan tahi lalat, R ialah pemalar gas sejagat, yang bersamaan 0.0821 L-atm / mole-K, dan T ialah suhu di Kelvin. Untuk mendapatkan semua unit yang betul, anda perlu menukar Unit SI, unit standard ukuran dalam komuniti saintifik. Untuk isipadu, itu liter; untuk tekanan, atm; dan untuk suhu, Kelvin (n, bilangan mol, sudah dalam unit SI).
Undang-undang ini dipanggil undang-undang gas "Ideal" kerana ia menganggap bahawa pengiraan itu berurusan dengan gas yang mematuhi peraturan. Di bawah keadaan yang melampau, seperti panas atau sejuk yang melampau, beberapa gas boleh bertindak berbeza daripada Undang-undang Gas Ideal yang dicadangkan, tetapi pada amnya adalah selamat untuk menganggap bahawa pengiraan anda menggunakan undang-undang adalah betul.
Sekarang anda tahu beberapa cara untuk mengira jumlah udara di bawah pelbagai keadaan.