Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Den ideala gaslagen
- Tänk om en gas inte är idealisk
- Hur trycket varierar med temperaturen
I motsats till molekyler i en vätska eller fast material kan de i en gas röra sig fritt i det utrymme där du begränsar dem. De flyger omkring, kolliderar ibland med varandra och med containerväggarna. Det kollektiva trycket de utövar på containerväggarna beror på hur mycket energi de har. De hämtar energi från värmen i omgivningen, så om temperaturen stiger, så gör också trycket. Faktum är att de två kvantiteterna är relaterade till den ideala gaslagen.
TL; DR (för lång; läste inte)
I en styv behållare varierar trycket som utövas av en gas direkt med temperaturen. Om behållaren inte är stel, varierar både volym och tryck med temperaturen i enlighet med den ideala gaslagen.
Den ideala gaslagen
Den härliga gaslagen härstammar över en period av år genom experiment av ett antal individer, följer av Boyles lag och Charles och Gay-Lussac lagen. Den förstnämnda säger att trycket (P) på en given temperatur (T) multiplicerad med volymen (V) som den upptar är en konstant vid en given temperatur (T). Det senare säger att när gasens (n) massa hålls konstant, är volymen direkt proportionell mot temperaturen. I sin slutliga form säger den ideala gaslagen:
PV = nRT, där R är en konstant som kallas den ideala gaskonstanten.
Om du håller gasens massa och behållarens volym konstant, berättar detta förhållande att trycket varierar direkt med temperaturen. Om du ritade olika värden på temperatur och tryck skulle grafen vara en rak linje med en positiv lutning.
Tänk om en gas inte är idealisk
En idealisk gas är en där partiklarna antas vara perfekt elastiska och inte drar eller stöter varandra. Dessutom antas gaspartiklarna själva inte ha någon volym. Även om ingen riktig gas uppfyller dessa villkor, kommer många tillräckligt nära för att göra det möjligt att tillämpa detta förhållande. Du måste dock ta hänsyn till faktiska faktorer när gasens tryck eller massa blir mycket högt eller volymen och temperaturen blir mycket låg. För de flesta tillämpningar vid rumstemperatur ger den ideala gaslagen en tillräckligt tillräcklig tillnärmning av beteendet hos de flesta gaser.
Hur trycket varierar med temperaturen
Så länge gasens volym och massa är konstant blir förhållandet mellan tryck och temperatur P = KT, där K är en konstant härledd från volymen, antalet mol gas och den ideala gaskonstanten. Om du lägger en gas som uppfyller de ideala gasförhållandena i en behållare med styva väggar så att volymen inte kan ändras, försegla behållaren och mäta trycket på behållarens väggar, kommer du att se den minska när du sänker temperaturen. Eftersom detta förhållande är linjärt behöver du bara två avläsningar av temperatur och tryck för att dra en linje från vilken du kan extrapolera gasens tryck vid vilken temperatur som helst.
Detta linjära samband bryts ned vid mycket låga temperaturer när gasmolekylernas ofullkomliga elasticitet blir tillräckligt viktig för att påverka resultaten, men trycket kommer fortfarande att minska när du sänker temperaturen. Förhållandet kommer också att vara olinjärt om gasmolekylerna är tillräckligt stora för att utesluta att klassificera gasen som ideal.