Sådan beregnes luftvolumen

Forestil dig, at du er en dykker dykker, og du skal beregne luftens kapacitet på din tank. Eller forestil dig, at du har sprængt en ballon til en bestemt størrelse, og du spekulerer på, hvordan trykket er inde i ballonen. Eller formoder, at du sammenligner tilberedningstiderne til en almindelig ovn og en brødristerovn. Hvor starter du?

Alle disse spørgsmål har at gøre med luftmængden og forholdet mellem lufttryk, temperatur og volumen. Og ja, de er beslægtede! Heldigvis er der en række videnskabelige love, der allerede er udarbejdet for at håndtere disse forhold. Du skal bare lære at anvende dem. Vi kalder disse love gaslovene.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Gaslovene er:

Boyle's Law: P _{1V 1 \u003d P 2V 2.}

Charles 'Law: P _{1 ÷ T 1 \u003d P 2 ÷ T 2, hvor T er i Kelvin.}

Lov om kombineret gas: P _{1V 1 ÷ T 1 \u003d P 2V 2 ÷ T 2, hvor T er i Kelvin.}

Ideal gaslov: PV \u003d nRT, (målinger i SI-enheder).
Lufttryk og volumen: Boyle's lov |

Boyle's Law definerer forholdet mellem et gasvolumen og dets pres. Tænk på dette: Hvis du tager en kasse fuld af luft og derefter trykker den ned til halvdelen af dens størrelse, vil luftmolekylerne have mindre plads til at bevæge sig rundt og vil støde på hinanden meget mere. Disse kollisioner af luftmolekyler med hinanden og med siderne af beholderen er det, der skaber lufttryk.

Boyle's Law tager ikke temperatur i betragtning, så temperaturen skal være konstant i for at bruge det.

Boyle's Law siger, at ved en konstant temperatur varierer volumen af en bestemt masse (eller mængde) gas omvendt med trykket.

I ligningsform er det :

P _{1 x V 1 \u003d P 2 x V 2}

hvor P _{1 og V 1 er startvolumen og tryk og P 2 og V 2 er det nye volumen og tryk.}

Eksempel: Antag, at du designer en scuba-tank, hvor lufttrykket er 3000 psi (pund pr. kvadrat tomme), og volumen (eller "kapaciteten") af tanken er 70 kubikfod. Hvis du beslutter, at du hellere vil lave en tank med et højere tryk på 3500 psi, hvad ville volumen af tanken være, hvis du antager, at du fylder den med den samme mængde luft og holder temperaturen den samme?

Sæt de givne værdier i Boyle's Law:

3000 psi x 70 ft ^{3 \u003d 3500 psi x V ₂}

Forenkle, isolér derefter variablen på den ene side ligningen:

210.000 psi x ft ^{3 \u003d 3500 psi x V ₂}

_{(210.000 psi x ft ^{3) ÷ 3500 psi \u003d V 2}}

_{60 ft ^{3 \u003d V 2}}

Så den anden version af din scuba tank ville være 60 kubikfod.
Lufttemperatur og volumen: Charles 'lov

Hvad med forholdet mellem volumen og temperatur? Højere temperaturer får molekylerne til at fremskynde og kolliderer hårdere og sværere med siderne af deres beholder og skubber den udad. Charles 'lov giver matematik for denne situation.

Charles' lov siger, at ved et konstant tryk er volumen af en given masse (mængde) gas direkte proportional med dens (absolutte) temperatur.

Eller V _{1 ÷ T 1 \u003d V 2 ÷ T 2.}

For Charles's Law skal trykket holdes konstant, og temperaturen skal måles i Kelvin.
Tryk, temperatur og volumen: loven om kombineret gas

Hvad nu, hvis du har tryk, temperatur og volumen sammen i samme problem? "There's a rule for that too.", 3, [[Den kombinerede gaslov tager informationen fra Boyle's Law og Charles 'Law og sammenlægger dem for at definere et andet aspekt af forholdet mellem tryk og temperatur. Volumen < gas er proportional med forholdet mellem dens Kelvin-temperatur og dens tryk. Det lyder kompliceret, men kig på ligningen:

P _{1V 1 ÷ T 1 \u003d P 2V 2 ÷ T 2.}

Igen skal temperaturen måles i Kelvin.
Den ideelle gaslov |

En sidste ligning, der vedrører disse gasegenskaber, er den ideelle gaslov. Loven er givet ved følgende ligning:

PV \u003d nRT,

hvor P \u003d tryk, V \u003d volumen, n \u003d antal mol, R er den universelle gaskonstant, der er lig med 0,0821 L-atm /mol-K, og T er temperaturen i Kelvin. For at få alle enhederne korrekte skal du konvertere til SI-enheder, de normale måleenheder inden for det videnskabelige samfund. For volumen er det liter; for tryk, atm; og for temperatur er Kelvin (n, antallet af mol, allerede i SI-enheder).

Denne lov kaldes den "ideelle" gaslov, fordi den antager, at beregningerne vedrører gasser, der følger reglerne. Under ekstreme forhold, som ekstrem varmt eller koldt, kan nogle gasser fungere anderledes, end den ideelle gaslov antydede, men generelt er det sikkert at antage, at dine beregninger, der bruger loven, vil være korrekte.

Nu ved du flere måder at beregne luftmængde under forskellige omstændigheder.