Contenuto
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Pressione e volume dell'aria: legge di Boyles
- Temperatura e volume dell'aria: Charles Law
- Pressione, temperatura e volume: la legge sui gas combinati
- La legge del gas ideale
Immagina di essere un sommozzatore e devi calcolare la capacità dell'aria della tua bombola. Oppure immagina di aver fatto saltare in aria un palloncino di una certa dimensione e ti starai chiedendo com'è la pressione all'interno del palloncino. Oppure supponiamo di confrontare i tempi di cottura di un forno normale e di un tostapane. Da dove inizi?
Tutte queste domande hanno a che fare con il volume dell'aria e la relazione tra pressione dell'aria, temperatura e volume. E sì, sono correlati! Fortunatamente, esistono già alcune leggi scientifiche elaborate per gestire queste relazioni. Devi solo imparare come applicarli. Chiamiamo queste leggi le leggi sul gas.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Il Leggi del gas siamo:
Legge di Boyles: P1V1 = P2V2.
Charles Law: P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, dove T è in Kelvin.
Legge sui gas combinati: P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, dove T è a Kelvin.
Legge sui gas ideali: PV = nRT, (misure in unità SI).
Pressione e volume dell'aria: legge di Boyles
La legge di Boyles definisce la relazione tra un volume di gas e la sua pressione. Pensa a questo: se prendi una scatola piena d'aria e la premi fino a metà della sua dimensione, le molecole d'aria avranno meno spazio per muoversi e si urteranno molto più l'una nell'altra. Queste collisioni di molecole d'aria tra loro e con i lati del contenitore sono ciò che crea la pressione dell'aria.
La legge di Boyles non tiene conto della temperatura, quindi il la temperatura deve essere costante per usarlo.
Legge di Boyles afferma che, a temperatura costante, il volume di una determinata massa (o quantità) di gas varia inversamente alla pressione.
In forma di equazione, ecco:
P1 x V1 = P2 x V2
dove P1 e V1 sono il volume e la pressione iniziali e P2 e V2 sono il nuovo volume e la pressione.
Esempio: Supponiamo che tu stia progettando una bombola da sub in cui la pressione dell'aria è di 3000 psi (libbre per pollice quadrato) e il volume (o la "capacità") della bombola è di 70 piedi cubi. Se decidessi di creare un serbatoio con una pressione maggiore di 3500 psi, quale sarebbe il volume del serbatoio, supponendo che lo riempirai con la stessa quantità di aria e manterrai la temperatura uguale?
Inserisci i valori indicati nella legge di Boyles:
3000 psi x 70 piedi3 = 3500 psi x V2
Semplifica, quindi isola la variabile su un lato dell'equazione:
210.000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210.000 psi x ft3 ): 3500 psi = V2
60 piedi3 = V2
Quindi la seconda versione della tua bombola sarebbe di 60 piedi cubi.
Temperatura e volume dell'aria: Charles Law
E la relazione tra volume e temperatura? Temperature più elevate rendono le molecole più veloci, scontrandosi sempre più duramente con i lati del loro contenitore e spingendolo verso l'esterno. Charles Law fornisce la matematica per questa situazione.
Charles Law afferma che a una pressione costante, il volume di una determinata massa (quantità) di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura (assoluta).
O V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
Per Charles Law, la pressione deve essere mantenuta costante e la temperatura deve essere misurata in Kelvin.
Pressione, temperatura e volume: la legge sui gas combinati
Ora, se aveste pressione, temperatura e volume tutti insieme nello stesso problema? C'è una regola anche per quello. Il Legge sul gas combinato prende le informazioni da Boyles Law e Charles Law e le unisce per definire un altro aspetto della relazione pressione-temperatura-volume.
Il Legge sul gas combinato afferma che il volume di una determinata quantità di gas è proporzionale al rapporto tra la sua temperatura Kelvin e la sua pressione. Sembra complicato, ma dai un'occhiata all'equazione:
P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
Ancora una volta, la temperatura dovrebbe essere misurata in gradi Kelvin.
La legge del gas ideale
Un'equazione finale relativa a queste proprietà di un gas è la Legge sui gas ideali. La legge è data dalla seguente equazione:
PV = nRT,
dove P = pressione, V = volume, n = numero di moli, R è il costante di gas universale, che equivale a 0,0821 L-atm / mole-K, e T è la temperatura in Kelvin. Al fine di ottenere tutte le unità corrette, è necessario convertire in Unità SI, le unità di misura standard all'interno della comunità scientifica. Per volume, questo è litri; per pressione, atm; e per la temperatura, Kelvin (n, il numero di moli, è già in unità SI).
Questa legge è chiamata legge del gas "ideale" perché presuppone che i calcoli si occupino dei gas che seguono le regole. In condizioni estreme, come caldo o freddo estremo, alcuni gas possono agire diversamente da quanto suggerirebbe la Legge sui gas ideali, ma in generale è sicuro supporre che i tuoi calcoli utilizzando la legge siano corretti.
Ora conosci diversi modi per calcolare il volume dell'aria in una varietà di circostanze.