Me pēhea te tatau i te pēhanga hau
He ariā nui te pēhanga hau i roto i te ahupūngao me te matū e puta pinepine ana i roto i te oranga o ia rā—mai i ngā potae waka me ngā rango LPG ki ngā hauhautanga me ngā tukanga taiwhanga. Mā te mārama ki te tatau i te pēhanga hau ka āwhina i a tātou ki te matapae i te whanonga o te hau ina rerekē tōna rahinga, ina rerekē tōna pāmahana, ina piki rānei tōna rahinga. E matapakihia ana i roto i tēnei tuhinga te whakamāramatanga o te pēhanga hau, ngā waeine e whakamahia ana, me ngā tātai matua e whakamahia ana hei tatau, me ngā tauira.
1. Te Mārama ki te Pēhanga Hau
Ko te pēhanga hau te kaha mō ia wae horahanga e whakamahia ana e ngā matūriki hau ina tukinga ki ngā pakitara o tētahi ipu. Ahakoa te āhua "māmā" o te hau, kāore hoki e kitea, kei te tere haere, kei te matapōkeretia hoki ngā matūriki hau. Ko ēnei tukinga tonu te mea e hanga ana i te pēhanga.
I roto i te pāngarau, ko te pehanga e tautuhia ana ko:
P = F / A
Ngā Mōhiohio:
– P = pēhanga
– F = kaha
– A = horahanga o te papa (horahanga)
Heoi, i roto i te mahi tātaitanga hau (ina koa i roto i te matū me te ahupūngao), ka tātaihia te pēhanga mā te whakamahi i te whārite hau pai, i ētahi atu ture hau rānei.
2. Ngā Wāhanga Pēhanga Hau e Whakamahia Ana
Ka taea te whakaatu i te pēhanga hau i roto i ngā waeine maha. Ko ngā waeine e whai ake nei e tino kitea ana:
1. Pākara (Pa)
Ngā waeine SI. 1 Pa = 1 N/m².
2. Kiropascal (kPa)
1 kPa = 1000 Pa.
3. Āhuarangi (atm)
E whakamahia whānuitia ana i roto i te matū.
1 atm = 101325 Pa ≈ 101,3 kPa.
4. mmHg, Torr rānei
He maha ngā wā e whakamahia ana i roto i ngā whakamātautau toto totoka me te korehau.
1 atm = 760 mmHg = 760 Torr.
5. pae
He maha ngā wā e whakamahia ana i roto i te hangarau.
1 pae = 100 kPa.
He mea nui te hurihanga waeine mō ngā tātaitanga ōrite. Hei tauira, ki te whakamahi koe i te whārite hau pai, ā, mā te whakamahi i te R i roto i ngā waeine o te L·atm/mol·K, me noho te pēhanga ki te atm, te rōrahi ki te rita, me te pāmahana ki te Kelvin.
3. Ngā Ture Hau Taketake mō te Tatau i te Pēhanga
a) Te Ture a Boyle (Pēhanga vs Rōrahi)
E ai ki te ture a Boyle, i te pāmahana pumau me te nui o te hau pumau, he rite whakamuri te pēhanga ki te rōrahi:
P₁V₁ = P₂V₂
Ngā Mōhiohio:
– P₁, V₁ = te pēhanga me te rōrahi tīmatanga
– P₂, V₂ = te pēhanga me te rōrahi whakamutunga
Tauira:
Kei roto i te piston he hau me te pēhanga o te 2 atm me te rōrahi o te 3 L. Ka pēhia te hau ki tōna rahinga ki te 1,5 rita i te pāmahana pumau. He aha te pēhanga whakamutunga?
Whakamahia te tātai:
P₁V₁ = P₂V₂
2 atm × 3 L = P₂ × 1,5 L
6 = 1,5P₂
P₂ = 4 atm
Nō reira, ko te pēhanga whakamutunga he 4 atm.
b) Te Ture a Gay-Lussac ( Pēhanga vs. Te Pāmahana )
Mena ka noho pūmau te rōrahi me te nui o te hau, ka rite tonu te pēhanga ki te pāmahana tino (Kelvin):
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Ngā Mōhiohio:
– Me Kelvin (K) te T, kaua ko Celsius.
Tauira:
Ko te pēhanga o te hau i roto i te rango he 1,5 atm i te 27°C. Ka wera te rango ki te 127°C, engari ka mau tonu tōna rōrahi. He aha te pēhanga whakamutunga?
Tahurihia te pāmahana ki Kelvin:
T₁ = 27 + 273 = 300 K
T₂ = 127 + 273 = 400 K
Tatau:
P₁/T₁ = P₂/T₂
1,5/300 = P₂/400
P₂ = 1,5 × (400/300) = 2,0 atm
Ko te pēhanga whakamutunga he 2 atm.
c) Te Ture Hau Whakakotahi (Boyle + Charles + Gay-Lussac)
Mena ka noho pūmau te nui o te hau engari ka taea te huri te pēhanga, te rōrahi, me te pāmahana:
(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
He tino whai hua tēnei mō ngā take e pā ana ki ngā huringa o te pāmahana me te rōrahi i te wā kotahi.
Tauira:
Ko te pēhanga o te hau he 1 atm, ko te rōrahi he 2 L, ā, ko te pāmahana he 300 K. Kātahi ka huri ki te rōrahi he 3 L, ā, ko te pāmahana he 450 K. He aha te pēhanga whakamutunga?
(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(1 × 2)/300 = (P₂ × 3)/450
2/300 = 3P₂/450
0,00667 = 0,00667P₂
P₂ = 1 atm
Ko te pēhanga whakamutunga ka noho ki te 1 atm.
4. Te Tātai i te Pēhanga me te Whārite Hau Pai
Ko te whārite hau tino pai te tātai whānui mō te tatau i te pēhanga hau ina mōhiotia te maha o ngā ira:
PV = nRT
Mena kei te hiahia koe ki te tatau i te pēhanga:
P = (nRT) / V
Ngā Mōhiohio:
– P = pēhanga
– V = rōrahi
– n = te maha o ngā mole o te hau
– R = pūmau hau
– T = pāmahana (K)
Ko te uara R e whakawhirinaki ana ki ngā waeine e whakamahia ana. Ko ngā mea e whakamahia whānuitia ana ko:
– R = 0,08206 L·atm/mol·K
– R = 8,314 J/mol·K (mēnā kei te whakamahi i te Pa me te m³)
Tauira:
E 0,5 ngā mole hau kei roto i tētahi ipu 10 rita i te 27°C. He aha te pēhanga i te hauātea?
Hurihia te pāmahana:
T = 27 + 273 = 300 K
P = nRT/V
P = (0,5 × 0,08206 × 300) / 10
P = (12,309) / 10
P = 1,2309 atm
Nō reira, ko te pēhanga hau ≈ 1,23 atm.
5. Te Pēhanga Wāhanga i roto i ngā Ranunga Hau (Te Ture a Dalton)
Mena kei roto i tētahi ipu he ranunga o ngā hau maha, ko te pēhanga katoa ko te tapeke o ngā pēhanga wāhanga o ia hau:
P_tapeke = P₁ + P₂ + P₃ + …
Ka taea te tatau i te pēhanga ā-wāhanga o te hau i mā te:
Pᵢ = xᵢ × P_tapeke
ko xᵢ te hautanga ira:
xᵢ = nᵢ / n_tapeke
Tauira:
I roto i tētahi ipu, e rua ngā mole o te N₂ me te kotahi mole o te O₂. Ko te pēhanga katoa he 3 atm. He aha te pēhanga ā-wāhanga o te O₂?
n_tapeke = 2 + 1 = 3 mol
x_O2 = 1/3
P_O2 = x_O2 × P_tapeke = (1/3) × 3 atm = 1 atm
Pēhanga wāhanga o te O₂ = 1 atm.
6. Ngā Tohutohu Hira hei Ārai i ngā Hē i roto i ngā Tātaitanga Pēhanga Hau
1. Whakamahia tonutia te pāmahana Kelvin
T(K) = T(°C) + 273.
2. Tātaitia ngā waeine i mua i te tatau.
Mena kei roto a R i te L·atm, whakamahia te rōrahi rita me te pēhanga atm.
3. Tirohia mēnā he pumau te tukanga
Boyle: pāmahana pumau.
Gay-Lussac: rōrahi pumau.
Charles: te pēhanga tonu (ahakoa kāore i te kōrerohia whānuitia i konei).
Ngā hau whakakotahi: ka taea e ngā mea katoa te huri.
4. Whakamahia te whārite hau tino pai ina mōhiotia ngā mole.
Ki te hoatu ki a koe te papatipu o te hau, hurihia tuatahi ki ngā mole:
n = m / Mr.
5. Kia aro ki te horopaki o te pātai
Hei tauira, i roto i tētahi ngongo pūmau kua kati (rōrahi pumau), ka whakanuia te pēhanga e te whakamahana, e ai ki a Gay-Lussac.
Whakamutunga
Ko te āhua o te tatau i te pēhanga hau e whakawhirinaki ana ki ngā āhuatanga o te pūnaha: ahakoa kei te pumau tonu te pāmahana, kei te pumau tonu te rōrahi, kei te rerekē rānei ngā taurangi katoa. Mō ngā take māmā, he āwhina ngā ture a Boyle rāua ko Gay-Lussac. Mō ngā āhuatanga whānui ake, ko te whārite hau whakakotahi me te whārite hau pai ngā taputapu matua. Mena ka whakaranua ngā hau, ka whakamahia te ture a Dalton hei whakatau i ngā pēhanga katoa me ngā pēhanga wāhanga. Mā te mārama ki ngā tātai, ngā waeine, me ngā mahi hurihanga, ka taea e koe te whakaoti tere me te tika i ngā raruraru pēhanga hau.
Ki te hiahia koe, ka taea e au te hanga i tētahi putanga o tēnei tuhinga me ētahi atu pātai whakaharatau (tērā pea 10–15 ngā pātai) me ngā whakamārama taahiraa-i-te-taahiraa.
