Sadržaj
- TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
- Tlak zraka i obujam zraka: Zakon o dječacima
- Temperatura i volumen zraka: Charles Law
- Tlak, temperatura i volumen: Zakon o kombiniranom plinu
- Zakon o idealnom plinu
Zamislite da ste ronioc i morate izračunati kapacitet zraka u vašem spremniku. Ili zamislite da ste napuhali balon do određene veličine i pitate se kakav je pritisak unutar balona. Ili pretpostavimo da uspoređujete vrijeme kuhanja obične pećnice i tostera. Gdje počinjete?
Sva ova pitanja imaju veze s volumenom zraka i odnosom tlaka zraka, temperature i volumena. I da, povezani su! Srećom, postoji niz znanstvenih zakona koji su već razrađeni za rješavanje ovih odnosa. Morate samo naučiti kako ih primijeniti. Te zakone nazivamo zakonima o plinu.
TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
Zakoni o plinu su:
Dječakov zakon: P1V1 = P2V2.
Charles Law: P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, gdje je T u Kelvinu.
Zakon o kombiniranom plinu: P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, gdje je T u Kelvinu.
Zakon o idealnim plinovima: PV = nRT, (mjerenja u SI jedinicama).
Tlak zraka i obujam zraka: Zakon o dječacima
Boylesov zakon definira odnos između količine plina i njegovog tlaka. Zamislite ovo: Ako uzmete kutiju punu zraka, a zatim je pritisnete na polovinu veličine, molekule zraka imat će manje prostora za pomicanje i naletit će jedna na drugu puno više. Ti sudari molekula zraka međusobno i sa stranicama spremnika stvaraju tlak zraka.
Boylesov zakon ne uzima u obzir temperaturu, tako da temperatura mora biti konstantna kako bi ga iskoristili.
Dječakov zakon kaže da, pri konstantnoj temperaturi, volumen određene mase (ili količine) plina obrnuto varira s tlakom.
U obliku jednadžbe, to je:
P1 x V1 = P2 x V2
gdje P1 i V1 su početni volumen i tlak i P2 i V2 jesu novi volumen i tlak.
Primjer: Pretpostavimo da dizajnirate ronilački spremnik u kojem je tlak zraka 3000 psi (funti po kvadratnom inču), a volumen (ili "kapacitet") spremnika je 70 kubičnih metara. Ako se odlučite da radite spremnik s većim tlakom od 3500 psi, koliki bi bio volumen spremnika, pod pretpostavkom da ga napunite istom količinom zraka i održavate temperaturu istom?
Uključite dane vrijednosti u Boylesov zakon:
3000 psi x 70 ft3 = 3500 psi x V2
Pojednostavite, a zatim izolirajte varijablu na jednoj strani jednadžbe:
210.000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210.000 psi x ft3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 ft3 = V2
Dakle, druga verzija vašeg ronilačkog spremnika bila bi 60 kubika.
Temperatura i volumen zraka: Charles Law
Što je s odnosom volumena i temperature? Veće temperature čine da se molekule ubrzavaju, sudaraju sve jače i teže sa stranicama svog spremnika i gurajući ga prema van. Charles Law daje matematiku za ovu situaciju.
Charles Law kaže da je pri konstantnom tlaku volumen određene mase (količine) plina izravno proporcionalan njegovoj (apsolutnoj) temperaturi.
Ili V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
Za Charles Lawa tlak mora biti stalan, a temperaturu treba mjeriti u Kelvinu.
Tlak, temperatura i volumen: Zakon o kombiniranom plinu
Što ako imate pritisak, temperaturu i volumen zajedno u istom problemu? I za to vrijedi pravilo. Zakon o kombiniranom plinu uzima informacije iz Boylesova zakona i Charles Lawa te ih povezuje kako bi definirao još jedan aspekt odnosa tlaka i temperature-volumena.
Zakon o kombiniranom plinu kaže da je volumen određene količine plina proporcionalan omjeru njegove temperature Kelvina i tlaka. Zvuči komplicirano, ali pogledajte jednadžbu:
P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
Opet treba mjeriti temperaturu u Kelvinu.
Zakon o idealnom plinu
Posljednja jednadžba koja se odnosi na ta svojstva plina je Idealni zakon o plinu, Zakon je dan sljedećom jednadžbom:
PV = nRT,
gdje je P = tlak, V = volumen, n = broj molova, R je univerzalna plinska konstanta, što iznosi 0,0821 L-atm / mol-K, a T je temperatura u Kelvinu. Da biste ispravili sve jedinice, morat ćete se pretvoriti u SI jedinice, standardne mjerne jedinice u znanstvenoj zajednici. Za volumen, to je litra; za tlak, atm; a za temperaturu Kelvin (n, broj molova, već je u SI jedinicama).
Taj se zakon naziva „Idealni“ zakon o plinu jer pretpostavlja da se u proračunima bave plinovi koji slijede pravila. U ekstremnim uvjetima, poput ekstremno vrućih ili hladnih, neki plinovi mogu djelovati drugačije nego što bi predložio Zakon o idealnim plinovima, ali općenito je sigurno pretpostaviti da će vaši proračuni prema zakonu biti točni.
Sada znate nekoliko načina izračunavanja volumena zraka u različitim okolnostima.