Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Lufttrykk og volum: Boyles Law
- Lufttemperatur og volum: Charles Law
- Trykk, temperatur og volum: loven om kombinert gass
- Den ideelle gassloven
Se for deg at du er en dykker, og du må beregne luftkapasiteten til tanken din. Eller tenk at du har sprengt en ballong til en viss størrelse, og du lurer på hvordan trykket er inne i ballongen. Eller antar at du sammenligner steketidene til en vanlig stekeovn og en brødristerovn. Hvor begynner du?
Alle disse spørsmålene har å gjøre med luftmengden og forholdet mellom lufttrykk, temperatur og volum. Og ja, de er i slekt! Heldigvis er det en rekke vitenskapelige lover som allerede er utarbeidet for å håndtere disse forholdene. Du må bare lære å bruke dem. Vi kaller disse lovene for gasslover.
TL; DR (for lang; ikke lest)
De Gasslover er:
Boyles Law: P1V1 = P2V2.
Charles Law: P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, hvor T er i Kelvin.
Kombinert gasslov: P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, der T er i Kelvin.
Ideell gasslov: PV = nRT, (målinger i SI-enheter).
Lufttrykk og volum: Boyles Law
Boyles Law definerer forholdet mellom et gassvolum og dets trykk. Tenk på dette: Hvis du tar en boks full av luft og deretter trykker den ned til halve størrelsen, vil luftmolekylene ha mindre plass til å bevege seg rundt og vil støte på hverandre mye mer. Disse kollisjonene av luftmolekyler med hverandre og med sidene av beholderen er det som skaper lufttrykk.
Boyles Law tar ikke temperatur i betraktning, så temperaturen må være konstant for å bruke den.
Boyles Law angir at volumet av en viss masse (eller mengde) gass ved en konstant temperatur varierer omvendt med trykket.
I ligningsform er dvs:
P1 x V1 = P2 x V2
hvor P1 og V1 er det første volumet og trykket og P2 og V2 er det nye volumet og trykket.
Eksempel: Anta at du designer en dykkingstank der lufttrykket er 3000 psi (pund per kvadrat tomme) og volumet (eller "kapasiteten") til tanken er 70 kubikk. Hvis du bestemmer deg for at du heller vil lage en tank med et høyere trykk på 3500 psi, hva ville volumet av tanken være, forutsatt at du fyller den med samme mengde luft og holder temperaturen den samme?
Koble de gitte verdiene til Boyles Law:
3000 psi x 70 fot3 = 3500 psi x V2
Forenkle og isoler deretter variabelen på den ene siden ligningen:
210.000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210 000 psi x ft3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 fot3 = V2
Så den andre versjonen av din dykkingstank ville være 60 kubikk.
Lufttemperatur og volum: Charles Law
Hva med forholdet mellom volum og temperatur? Høyere temperatur får molekylene til å øke, kolliderer hardere og hardere med sidene på beholderen og skyver den utover. Charles Law gir regnestykket for denne situasjonen.
Charles Law angir at ved et konstant trykk er volumet av en gitt masse (mengde) gass direkte proporsjonal med dens (absolutte) temperatur.
Eller V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
For Charles Law må trykket holdes konstant, og temperaturen måles i Kelvin.
Trykk, temperatur og volum: loven om kombinert gass
Hva om du har trykk, temperatur og volum sammen i samme problem? Det er en regel for det også. De Kombinert gasslov tar informasjonen fra Boyles Law og Charles Law og sammenkobler dem for å definere et annet aspekt av forholdet mellom trykk og temperatur.
De Kombinert gasslov angir at volumet av en gitt mengde gass er proporsjonalt med forholdet mellom dens Kelvin-temperatur og dens trykk. Det høres komplisert ut, men se på ligningen:
P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
Igjen skal temperaturen måles i Kelvin.
Den ideelle gassloven
En endelig ligning som angår disse gassegenskapene er Ideell gasslov. Loven gis ved følgende ligning:
PV = nRT,
der P = trykk, V = volum, n = antall mol, R er universal gass konstant, som tilsvarer 0,0821 L-atm / mol-K, og T er temperaturen i Kelvin. For å få alle enhetene riktig, må du konvertere til SI-enheter, de standard måleenhetene i det vitenskapelige samfunnet. For volum, dvs liter; for trykk, atm; og for temperatur er Kelvin (n, antall mol, allerede i SI-enheter).
Denne loven kalles den "ideelle" gassloven fordi den antar at beregningene omhandler gasser som følger reglene. Under ekstreme forhold, som ekstrem varme eller kulde, kan noen gasser fungere annerledes enn Ideal Gas Law antyder, men generelt er det trygt å anta at beregningene dine som bruker loven vil være korrekte.
Nå vet du flere måter å beregne luftmengde under forskjellige omstendigheter.