Како да се пресмета притисокот на гасот
Притисокот на гасот е клучен концепт во физиката и хемијата што често се појавува во секојдневниот живот - од гуми на возила и цилиндри на ЛПГ до аеросоли и лабораториски процеси. Разбирањето како да се пресмета притисокот на гасот ни помага да предвидиме како ќе се однесува гасот кога неговиот волумен се менува, неговата температура флуктуира или неговата количина се зголемува. Оваа статија ја дискутира дефиницијата за притисок на гасот, единиците што се користат и главните формули што се користат за негово пресметување, заедно со примери.
1. Разбирање на притисокот на гасот
Притисокот на гасот е силата по единица површина што ја вршат честичките од гас кога се судираат со ѕидовите на садот. Иако гасот изгледа „лесен“ и невидлив, честичките од гас се движат брзо и случајно. Овие постојани судири се она што создава притисок.
Математички, притисокот се дефинира како:
P = F / A
Информации:
– P = притисок
– F = сила
– A = површина на рамнината (површина)
Сепак, во практиката на пресметки на гасови (особено во хемијата и физиката), притисокот почесто се пресметува со користење на идеалната равенка на гас или други закони за гасови.
2. Најчесто користени единици за притисок на гас
Притисокот на гасот може да се изрази во различни единици. Следните се најчестите единици:
1. Паскал (Па)
SI единици. 1 Pa = 1 N/m².
2. Килопаскал (kPa)
1 kPa = 1000 Pa.
3. Атмосфера (атмосфера)
Често се користи во хемијата.
1 atm = 101325 Pa ≈ 101,3 kPa.
4. mmHg или Torr
Често се користи во експерименти со крвен притисок и вакуум.
1 атм = 760 mmHg = 760 Тор.
5. бар
Често се користи во инженерството.
1 бар = 100 kPa.
Конверзијата на единици е од суштинско значење за конзистентни пресметки. На пример, ако ја користите равенката за идеален гас и го користите R во единици L·atm/mol·K, тогаш притисокот треба да биде во atm, волуменот во литри, а температурата во келвини.
3. Основни закони за гасови за пресметување на притисок
а) Бојлов закон (притисок наспроти волумен)
Бојловиот закон вели дека при константна температура и константна количина на гас, притисокот е обратно пропорционален на волуменот:
P₁V₁ = P₂V₂
Информации:
– P₁, V₁ = почетен притисок и волумен
– P₂, V₂ = конечен притисок и волумен
Контох:
Гас се наоѓа во клип со притисок од 2 атмосфери и волумен од 3 литри. Гасот се компресира сè додека неговиот волумен не стане 1,5 литри при константна температура. Кој е конечниот притисок?
Користете ја формулата:
P₁V₁ = P₂V₂
2 атмосфери × 3 л = P₂ × 1,5 л
6 = 1,5P₂
P₂ = 4 атмосфери
Значи, конечниот притисок е 4 атмосфери.
б) Геј-Лисаков закон (притисок наспроти температура)
Ако волуменот и количината на гас останат константни, притисокот е директно пропорционален на апсолутната температура (Келвин):
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Информации:
– T мора да биде во Келвини (K), а не во Целзиусови степени.
Контох:
Притисокот на гасот во цилиндар е 1,5 атмосфери на 27°C. Цилиндрот се загрева до 127°C, но неговиот волумен останува константен. Кој е конечниот притисок?
Конвертирајте ја температурата во Келвини:
T1 = 27 + 273 = 300 K
T₂ = 127 + 273 = 400 K
Број:
P₁/T₁ = P₂/T₂
1,5/300 = P₂/400
P₂ = 1,5 × (400/300) = 2,0 атм
Конечниот притисок е 2 атмосфери.
в) Комбиниран гасен закон (Бојл + Чарлс + Геј-Лисак)
Ако количината на гас останува константна, но притисокот, волуменот и температурата можат да се променат:
(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
Ова е особено корисно за случаи кога се вклучени промени во температурата и волуменот во исто време.
Контох:
Гасот има притисок од 1 атм, волумен од 2 литри и температура од 300 K. Потоа се менува во волумен од 3 литри и температура од 450 K. Кој е конечниот притисок?
(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(1 × 2)/300 = (P₂ × 3)/450
2/300 = 3P₂/450
0,00667 = 0,00667P₂
P₂ = 1 атмосфери
Конечниот притисок останува 1 атм.
4. Пресметување на притисок со равенката на идеален гас
Идеалната равенка на гас е најопштата формула за пресметување на притисокот на гасот кога е познат бројот на молови:
PV = nRT
Ако сакате да го пресметате притисокот:
P = (nRT) / V
Информации:
– P = притисок
– V = волумен
– n = број на молови гас
– R = константа на гас
– T = температура (K)
Вредноста на R зависи од употребените единици. Најчесто користени се:
– R = 0,08206 L·atm/mol·K
– R = 8,314 J/mol·K (ако се користат Pa и m³)
Контох:
0,5 молови гас се наоѓаат во сад од 10 литри на 27°C. Колкав е притисокот во atm?
Промена на температурата:
Т = 27 + 273 = 300 К
P = nRT/V
P = (0,5 × 0,08206 × 300) / 10
П = (12,309) / 10
P = 1,2309 атм
Значи, притисокот на гасот е ≈ 1,23 атм.
5. Парцијален притисок во гасни смеси (Далтонов закон)
Ако садот содржи мешавина од неколку гасови, вкупниот притисок е збир од парцијалните притисоци на секој гас:
P_вкупно = P₁ + P₂ + P₃ + …
Парцијалниот притисок на гасот i може да се пресмета со:
Pᵢ = xᵢ × P_вкупно
каде што xᵢ е молниот удел:
xᵢ = nᵢ / n_вкупно
Контох:
Во сад има 2 мола N₂ и 1 мол O₂. Вкупниот притисок е 3 атмосфери. Колку е парцијалниот притисок на O₂?
n_вкупно = 2 + 1 = 3 мол
x_O2 = 1/3
P_O2 = x_O2 × P_вкупно = (1/3) × 3 атм = 1 атм
Парцијален притисок на O₂ = 1 атм.
6. Важни совети за избегнување грешки при пресметките на притисокот на гасот
1. Секогаш користете Келвинска температура
T(K) = T(°C) + 273.
2. Спојте ги единиците пред да пресметате.
Ако R е во L·atm, користете литарски волумен и atm притисок.
3. Проверете дали процесот е константен
Бојл: константна температура.
Геј-Лусак: константен волумен.
Чарлс: постојан притисок (иако не е детално дискутирано овде).
Комбинирани гасови: сè може да се промени.
4. Користете ја равенката за идеален гас кога моловите се познати.
Ако ви е дадена масата на гасот, прво претворете ја во молови:
n = m / г-дин.
5. Обрнете внимание на контекстот на прашањето
На пример, во цврста затворена цевка (со фиксен волумен), загревањето ќе го зголеми притисокот според Геј-Лисак.
Заклучок
Како да се пресмета притисокот на гасот зависи од условите на системот: дали температурата останува константна, волуменот останува константен или сите променливи се менуваат. За едноставни случаи, Бојловите и Геј-Лисаковите закони се корисни. За поопшти ситуации, комбинираната равенка на гас и равенката на идеален гас се основните алатки. Ако гасовите се измешани, Далтоновиот закон се користи за да се одредат вкупниот и парцијалниот притисок. Со разбирање на формулите, единиците и чекорите на конверзија, можете побрзо и попрецизно да решите различни проблеми со притисокот на гасот.
Ако сакате, можам да направам верзија од оваа статија со повеќе прашања за вежбање (да речеме 10-15 прашања) заедно со објаснувања чекор-по-чекор.
