كيفية حساب حجم الهواء

المحتوى

• TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
• ضغط الهواء وحجمه: قانون بويلز
• درجة حرارة الهواء وحجمه: قانون تشارلز
• الضغط ودرجة الحرارة والحجم: قانون الغاز المجمع
• قانون الغاز المثالي

تخيل أنك غواص سكوبا ، وتحتاج إلى حساب السعة الهوائية لخزانتك. أو تخيل أنك قد نسفت بالونًا بحجم معين ، وكنت تتساءل عن شكل الضغط داخل البالون. أو افترض أنك تقارن أوقات الطهي في فرن عادي وفرن محمصة. من أين تبدأ؟

كل هذه الأسئلة تتعلق بحجم الهواء والعلاقة بين ضغط الهواء ودرجة الحرارة والحجم. ونعم ، فهي مرتبطة! لحسن الحظ ، هناك عدد من القوانين العلمية التي وضعت بالفعل للتعامل مع هذه العلاقات. عليك فقط أن تتعلم كيفية تطبيقها. نحن نسمي هذه القوانين قوانين الغاز.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)

ال قوانين الغاز هي:

قانون بويل: ف₁الخامس₁ = ف₂الخامس₂.

قانون تشارلز: P₁ ÷ تي₁ = ف₂ ÷ تي_2, حيث T في كلفن.

قانون الغاز المجمع: P₁الخامس₁ ÷ تي₁ = ف₂الخامس₂ ÷ تي₂، حيث T في كلفن.

قانون الغاز المثالي: PV = nRT ، (القياسات في وحدات SI).

ضغط الهواء وحجمه: قانون بويلز

يحدد قانون بويلز العلاقة بين حجم الغاز وضغطه. فكر في هذا: إذا أخذت مربعًا مليئًا بالهواء ثم ضغطته لأسفل إلى نصف حجمه ، فسوف يكون لجزيئات الهواء مساحة أقل للتنقل وسوف تتصادم مع بعضها البعض أكثر من ذلك بكثير. هذه التصادمات من جزيئات الهواء مع بعضها البعض ومع جوانب الحاوية هي التي تخلق ضغط الهواء.

قانون بويلز لا يأخذ درجة الحرارة في الاعتبار ، وبالتالي فإن يجب أن تكون درجة الحرارة ثابتة من أجل استخدامه.

قانون بويل ينص على أنه في درجة حرارة ثابتة ، يتغير حجم كتلة معينة (أو كمية) من الغاز بشكل عكسي مع الضغط.

في شكل المعادلة ، هذا:

P₁ س الخامس₁ = ف₂ س الخامس₂

حيث P₁ و الخامس₁ هي الحجم الأولي والضغط و P₂ و الخامس₂ هي الحجم والضغط الجديد.

مثال: لنفترض أنك صممت خزان سكوبا حيث يكون ضغط الهواء 3000 رطل (رطل لكل بوصة مربعة) وحجم الخزان (أو "السعة") هو 70 قدمًا مكعبة. إذا قررت أنك تفضل إنشاء خزان به ضغط أعلى يبلغ 3500 رطل / بوصة مربعة ، فما حجم الخزان ، مع افتراض أنك تملؤه بنفس الكمية من الهواء وتحتفظ بنفس درجة الحرارة؟

قم بتوصيل القيم المعطاة في قانون Boyles:

3000 رطل × 70 قدم³ = 3500 رطل × الخامس₂

بسّط ، ثم عزل المتغير على جانب واحد المعادلة:

210،000 رطل × قدم³ = 3500 رطل × الخامس₂

(210،000 رطل × قدم³ ) 00 3500 رطل = V₂

60 قدم³ = الخامس₂

وبالتالي فإن الإصدار الثاني من خزان الغوص الخاص بك سيكون 60 قدم مكعب.

درجة حرارة الهواء وحجمه: قانون تشارلز

ماذا عن العلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة؟ تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع الجزيئات وتصادمها بقوة وصعوبة مع جوانب الحاوية ودفعها للخارج. تشارلز لو يعطي الرياضيات لهذا الموقف.

تشارلز لو يوضح أنه عند ضغط ثابت ، يكون حجم الكتلة المعطاة من الغاز (كمية) الغاز متناسبًا بشكل مباشر مع درجة الحرارة (المطلقة).

أو الخامس₁ ÷ تي₁ = الخامس₂ ÷ تي₂.

بالنسبة إلى قانون تشارلز ، يجب أن يكون الضغط ثابتًا ، وينبغي قياس درجة الحرارة في كلفن.

الضغط ودرجة الحرارة والحجم: قانون الغاز المجمع

الآن ، ماذا لو كان لديك ضغط ودرجة الحرارة وحجم كل ذلك معا في نفس المشكلة؟ هناك قاعدة لذلك أيضا. ال قانون الغاز المجمع يأخذ المعلومات من Boyles Law و Charles Law ويجمعها معًا لتحديد جانب آخر من علاقة حجم الضغط بالضغط.

ال قانون الغاز المجمع ينص على أن حجم كمية معينة من الغاز يتناسب مع نسبة درجة حرارة كيلفن وضغطه. هذا يبدو معقدًا ، لكن ألقِ نظرة على المعادلة:

P₁الخامس₁ ÷ تي₁ = ف₂الخامس₂ ÷ تي₂.

مرة أخرى ، ينبغي قياس درجة الحرارة في كلفن.

قانون الغاز المثالي

المعادلة النهائية واحدة تتعلق هذه الخصائص من الغاز قانون الغاز المثالي. يعطى القانون بالمعادلة التالية:

PV = nRT,

حيث P = الضغط ، V = الحجم ، n = عدد الشامات ، R هي ثابت الغاز العالمي، أي ما يعادل 0.0821 L-atm / mole-K ، و T هي درجة الحرارة في كلفن. من أجل الحصول على جميع الوحدات الصحيحة ، ستحتاج إلى تحويل إلى وحدات SI، وحدات القياس القياسية داخل المجتمع العلمي. للحجم ، وهذا هو لتر. للضغط ، أجهزة الصراف الآلي. وللحصول على درجة الحرارة ، يوجد كلفن (n ، عدد الشامات ، بالفعل في وحدات SI).

يطلق على هذا القانون قانون الغاز "المثالي" لأنه يفترض أن الحسابات تتعامل مع الغازات التي تتبع القواعد. في ظل الظروف القاسية ، مثل الحرارة أو البرودة الشديدة ، قد تعمل بعض الغازات بشكل مختلف عن قانون الغاز المثالي ، لكن بشكل عام ، من الآمن افتراض أن حساباتك باستخدام القانون ستكون صحيحة.

أنت تعرف الآن عدة طرق لحساب حجم الهواء في ظل ظروف متنوعة.