NộI Dung
- TL; DR (Quá dài; Không đọc)
- Áp suất không khí và khối lượng: Luật Boyles
- Nhiệt độ và khối lượng không khí: Charles Law
- Áp suất, nhiệt độ và thể tích: Định luật khí kết hợp
- Luật khí lý tưởng
Hãy tưởng tượng bạn là một thợ lặn, và bạn cần tính toán dung tích không khí của bể. Hoặc tưởng tượng youve thổi một quả bóng bay đến một kích thước nhất định, và bạn đang tự hỏi áp lực bên trong quả bóng là gì. Hoặc giả sử bạn đang so sánh thời gian nấu của lò nướng thông thường và lò nướng bánh. Bạn bắt đầu từ đâu
Tất cả những câu hỏi này liên quan đến thể tích không khí và mối quan hệ giữa áp suất không khí, nhiệt độ và thể tích. Và vâng, chúng có liên quan! May mắn thay, có một số luật khoa học đã được thực hiện để đối phó với các mối quan hệ này. Bạn chỉ cần học cách áp dụng chúng. Chúng tôi gọi những luật này là Luật Gas.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
Các Luật khí là:
Định luật Boyle: P1V1 = P2V2.
Luật Charles: P1 ÷ T1 = P2 T2, Trong đó T đang ở Kelvin.
Luật khí kết hợp: P1V1 T1 = P2V2 T2, nơi T đang ở Kelvin.
Luật khí lý tưởng: PV = nRT, (số đo bằng đơn vị SI).
Áp suất không khí và khối lượng: Luật Boyles
Luật Boyles định nghĩa mối quan hệ giữa một thể tích khí và áp suất của nó. Hãy nghĩ về điều này: Nếu bạn lấy một hộp đầy không khí và sau đó ấn nó xuống một nửa kích thước của nó, các phân tử không khí sẽ có ít không gian hơn để di chuyển xung quanh và sẽ va vào nhau nhiều hơn. Những va chạm của các phân tử không khí với nhau và với các mặt của thùng chứa là những gì tạo ra áp suất không khí.
Luật Boyles không xem xét nhiệt độ, vì vậy nhiệt độ phải không đổi để sử dụng nó.
Định luật Boyle nói rằng, ở nhiệt độ không đổi, thể tích của một khối lượng (hoặc lượng) khí nhất định thay đổi ngược chiều với áp suất.
Ở dạng phương trình, đó là:
P1 x V1 = P2 x V2
nơi P1 và V1 là thể tích và áp suất ban đầu và P2 và V2 là khối lượng và áp suất mới.
Thí dụ: Giả sử bạn đang thiết kế một bể lặn trong đó áp suất không khí là 3000 psi (pound mỗi inch vuông) và thể tích (hoặc "công suất") của bể là 70 feet khối. Nếu bạn quyết định thay bạn làm một cái bể có áp suất cao hơn 3500 psi, thì thể tích của bể sẽ là bao nhiêu, giả sử bạn đổ đầy nó với cùng một lượng không khí và giữ nhiệt độ như cũ?
Cắm các giá trị đã cho vào Luật Boyles:
3000 psi x 70 ft3 = 3500 psi x V2
Đơn giản hóa, sau đó cô lập biến ở một bên phương trình:
210.000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210.000 psi x ft3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 ft3 = V2
Vì vậy, phiên bản thứ hai của bình lặn của bạn sẽ là 60 feet khối.
Nhiệt độ và khối lượng không khí: Charles Law
Còn mối quan hệ giữa khối lượng và nhiệt độ thì sao? Nhiệt độ cao hơn làm cho các phân tử tăng tốc, va chạm ngày càng mạnh hơn với các mặt của thùng chứa và đẩy nó ra ngoài. Charles Law đưa ra phép toán cho tình huống này.
Luật Charles nói rằng ở áp suất không đổi, thể tích của một khối lượng (lượng) khí đã cho tỷ lệ thuận với nhiệt độ (tuyệt đối) của nó.
Hoặc là V1 T1 = V2 T2.
Đối với Charles Law, áp suất phải được giữ cố định và nhiệt độ nên được đo bằng Kelvin.
Áp suất, nhiệt độ và thể tích: Định luật khí kết hợp
Bây giờ, nếu bạn có áp suất, nhiệt độ và âm lượng cùng một vấn đề thì sao? Có một quy tắc cho điều đó quá. Các Luật khí kết hợp lấy thông tin từ Boyles Law và Charles Law và liên kết chúng lại với nhau để xác định một khía cạnh khác của mối quan hệ áp suất - nhiệt độ.
Các Luật khí kết hợp nói rằng thể tích của một lượng khí nhất định tỷ lệ thuận với tỷ lệ nhiệt độ Kelvin và áp suất của nó. Nghe có vẻ phức tạp, nhưng hãy xem phương trình:
P1V1 T1 = P2V2 T2.
Một lần nữa, nhiệt độ nên được đo bằng Kelvin.
Luật khí lý tưởng
Một phương trình cuối cùng liên quan đến các tính chất của khí là Luật khí lý tưởng. Định luật được đưa ra theo phương trình sau:
PV = nRT,
Trong đó P = áp suất, V = thể tích, n = số mol, R là hằng số khí phổ, bằng 0,0821 L-atm / mol-K và T là nhiệt độ tính bằng Kelvin. Để có được tất cả các đơn vị chính xác, bạn sẽ cần phải chuyển đổi thành Đơn vị SI, các đơn vị đo lường tiêu chuẩn trong cộng đồng khoa học. Đối với khối lượng, đó là lít; cho áp lực, atm; và đối với nhiệt độ, Kelvin (n, số mol, đã tính theo đơn vị SI).
Luật này được gọi là luật khí "Lý tưởng" vì cho rằng các tính toán xử lý các khí tuân theo quy tắc. Trong các điều kiện khắc nghiệt, như nóng hoặc lạnh cực độ, một số loại khí có thể hoạt động khác với Luật Khí lý tưởng sẽ đề xuất, nhưng nói chung, an toàn khi cho rằng các tính toán của bạn sử dụng luật sẽ đúng.
Bây giờ bạn biết một số cách để tính toán khối lượng không khí trong nhiều trường hợp.