ग्यासको चाप कसरी गणना गर्ने
ग्यासको चाप भौतिकशास्त्र र रसायनशास्त्रमा एक महत्त्वपूर्ण अवधारणा हो जुन दैनिक जीवनमा बारम्बार देखा पर्दछ - सवारी साधनको टायर र एलपीजी सिलिन्डरदेखि एरोसोल र प्रयोगशाला प्रक्रियाहरूसम्म। ग्यासको चाप कसरी गणना गर्ने भनेर बुझ्दा हामीलाई ग्यासको आयतन परिवर्तन हुँदा, यसको तापक्रममा उतारचढाव हुँदा वा यसको मात्रा बढ्दा कस्तो व्यवहार हुनेछ भनेर भविष्यवाणी गर्न मद्दत गर्दछ। यस लेखले ग्यासको चापको परिभाषा, प्रयोग गरिएका एकाइहरू, र यसको गणना गर्न प्रयोग गरिने मुख्य सूत्रहरू, उदाहरणहरू सहित छलफल गर्दछ।
१. ग्यासको चाप बुझ्ने
ग्यासको चाप भनेको ग्यासका कणहरू कन्टेनरको भित्तामा ठोक्किँदा प्रति एकाइ क्षेत्रफलमा लाग्ने बल हो। ग्यास "हल्का" र अदृश्य देखिए पनि, ग्यासका कणहरू द्रुत र अनियमित रूपमा चलिरहेका हुन्छन्। यी निरन्तर टक्करहरूले नै दबाब सिर्जना गर्छन्।
गणितीय रूपमा, दबाबलाई यसरी परिभाषित गरिएको छ:
पी = एफ / ए
जानकारी:
– P = चाप
– F = बल
– A = समतलको क्षेत्रफल (क्षेत्रफल)
यद्यपि, ग्यास गणनाको अभ्यासमा (विशेष गरी रसायन विज्ञान र भौतिकशास्त्रमा), आदर्श ग्यास समीकरण वा अन्य ग्यास नियमहरू प्रयोग गरेर दबाबको गणना बढी गरिन्छ।
२. सामान्यतया प्रयोग हुने ग्यास प्रेसर एकाइहरू
ग्यासको चापलाई विभिन्न एकाइहरूमा व्यक्त गर्न सकिन्छ। निम्न सबैभन्दा सामान्य एकाइहरू हुन्:
१. पास्कल (पा)
SI एकाइहरू। १ Pa = १ N/m²।
२. किलोपास्कल (kPa)
१ केपीए = १००० पा।
३. वायुमण्डल (एटीएम)
रसायन विज्ञानमा सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ।
1 atm = 101325 Pa ≈ 101,3 kPa।
४. mmHg वा टोर
प्रायः रक्तचाप र भ्याकुम प्रयोगहरूमा प्रयोग गरिन्छ।
१ एटीएम = ७६० मिमीएचजी = ७६० टोर।
५. बार
इन्जिनियरिङमा प्रायः प्रयोग गरिन्छ।
१ बार = १०० kPa.
एकरूप गणनाको लागि एकाइ रूपान्तरण आवश्यक छ। उदाहरणका लागि, यदि तपाईं आदर्श ग्याँस समीकरण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ र L·atm/mol·K को एकाइहरूमा R प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ भने, दबाब atm मा, आयतन लिटरमा र तापक्रम केल्भिनमा हुनुपर्छ।
३. चाप गणना गर्न आधारभूत ग्यास नियमहरू
क) बोयलको नियम (दबाव बनाम आयतन)
बोयलको नियमले बताउँछ कि स्थिर तापक्रम र ग्यासको स्थिर मात्रामा, दबाब आयतनको विपरीत समानुपातिक हुन्छ:
P₁V₁ = P₂V₂
जानकारी:
– P₁, V₁ = प्रारम्भिक चाप र आयतन
– P₂, V₂ = अन्तिम चाप र आयतन
उदाहरण:
एउटा ग्यास पिस्टनमा २ एटीएमको चाप र ३ लिटरको आयतन भएको हुन्छ। स्थिर तापक्रममा यसको आयतन १.५ लिटर नहुँदासम्म ग्यासलाई संकुचित गरिन्छ। अन्तिम चाप कति हुन्छ?
सूत्र प्रयोग गर्नुहोस्:
P₁V₁ = P₂V₂
२ एटीएम × ३ लिटर = P₂ × १.५ लिटर
६ = १.५ पेन्सिल
P₂ = ४ एटीएम
त्यसैले, अन्तिम चाप ४ एटीएम हो।
ख) समलैंगिक-लुसाकको नियम (दबाव बनाम तापक्रम)
यदि ग्यासको आयतन र मात्रा स्थिर रह्यो भने, चाप निरपेक्ष तापक्रम (केल्भिन) सँग प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ:
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
जानकारी:
– T सेल्सियसमा होइन, केल्भिन (K) मा हुनुपर्छ।
उदाहरण:
२७°C मा एउटा सिलिन्डरमा ग्यासको चाप १.५ atm हुन्छ। सिलिन्डरलाई १२७°C मा तताइन्छ, तर यसको आयतन स्थिर रहन्छ। अन्तिम चाप कति हुन्छ?
तापक्रमलाई केल्भिनमा रूपान्तरण गर्नुहोस्:
T₁ = २७ + २७३ = ३०० किलोवाट
T₂ = १२७ + २७३ = ४०० किलोवाट
गणना:
P₁/T₁ = P₂/T₂
१.५/३०० = P₂/४००
P₂ = १.५ × (४००/३००) = २.० एटीएम
अन्तिम चाप २ एटीएम हो।
ग) संयुक्त ग्यास कानून (बोयल + चार्ल्स + गे-लुसाक)
यदि ग्यासको मात्रा स्थिर रहन्छ तर चाप, आयतन र तापक्रम सबै परिवर्तन हुन सक्छ भने:
(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
यो विशेष गरी एकै समयमा तापक्रम र आयतनमा परिवर्तन हुने घटनाहरूको लागि उपयोगी छ।
उदाहरण:
ग्यासको चाप १ एटीएम, आयतन २ लिटर र तापक्रम ३०० किलोवाट हुन्छ। त्यसपछि यो ३ लिटरको आयतन र तापक्रम ४५० किलोवाटमा परिवर्तन हुन्छ। अन्तिम चाप कति हुन्छ?
(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(१ × २)/३०० = (P₂ × ३)/४५०
२/३०० = ३ पेन्स/४५०
६ = १.५ पेन्सिल
P₂ = ४ एटीएम
अन्तिम चाप १ एटीएम रहन्छ।
आदर्श ग्याँस समीकरणको साथ दबाव गणना गर्दै
आदर्श ग्यास समीकरण मोलहरूको संख्या थाहा हुँदा ग्यासको चाप गणना गर्ने सबैभन्दा सामान्य सूत्र हो:
PV = nRT
यदि तपाईं दबाब गणना गर्न चाहनुहुन्छ भने:
P = (nRT) / V
जानकारी:
– P = चाप
– V = आयतन
– n = ग्यासको मोलहरूको संख्या
– R = ग्यास स्थिरांक
– T = तापक्रम (K)
R मान प्रयोग गरिएको एकाइहरूमा निर्भर गर्दछ। सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने एकाइहरू हुन्:
– R = ०.०८२०६ L·atm/mol·K
– R = ८.३१४ J/mol·K (यदि Pa र m³ प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ भने)
उदाहरण:
२७°C मा १० लिटरको कन्टेनरमा ०.५ मोल ग्यास हुन्छ। एटीएममा चाप कति हुन्छ?
तापक्रम परिवर्तन गर्नुहोस्:
T = २७ + २७३ = ३०० K
P = nRT/V
पी = (०.५ × ०.०८२०६ × ३००) / १०
पी = (१२,३०९) / १०
पी = १.२३०९ एटीएम
त्यसैले ग्यासको चाप ≈ १.२३ एटीएम।
ग्याँस मिश्रणमा आंशिक चाप (डाल्टनको नियम)
यदि कुनै कन्टेनरमा धेरै ग्यासहरूको मिश्रण छ भने, कुल चाप प्रत्येक ग्यासको आंशिक चापको योगफल हो:
P_कुल = P₁ + P₂ + P₃ + …
ग्यास i को आंशिक चाप निम्न द्वारा गणना गर्न सकिन्छ:
रकम = xᵢ × रकम जम्मा रकम
जहाँ xᵢ तिल अंश हो:
xᵢ = संख्या / जम्मा संख्या
उदाहरण:
एउटा भाँडोमा २ मोल N₂ र १ मोल O₂ हुन्छ। कुल चाप ३ atm हुन्छ। O₂ को आंशिक चाप कति हुन्छ?
n_कुल = २ + १ = ३ मोल
x_O2 = १/३
P_O2 = x_O2 × P_कुल = (१/३) × ३ एटीएम = १ एटीएम
O₂ को आंशिक चाप = १ एटीएम।
६. ग्यास चाप गणनामा गल्तीहरूबाट बच्न महत्त्वपूर्ण सुझावहरू
१. सधैं केल्भिन तापक्रम प्रयोग गर्नुहोस्
T(K) = T(°C) + २७३.
२. गणना गर्नु अघि एकाइहरू मिलाउनुहोस्।
यदि R L·atm मा छ भने, लिटर भोल्युम र atm चाप प्रयोग गर्नुहोस्।
३. प्रक्रिया स्थिर छ कि छैन जाँच गर्नुहोस्
बोयल: स्थिर तापक्रम।
गे-लुसाक: स्थिर आयतन।
चार्ल्स: निरन्तर दबाब (यद्यपि यहाँ विस्तृत रूपमा छलफल गरिएको छैन)।
संयुक्त ग्याँसहरू: सबै कुरा परिवर्तन हुन सक्छ।
४. मोलहरू थाहा हुँदा आदर्श ग्यास समीकरण प्रयोग गर्नुहोस्।
यदि तपाईंलाई ग्यासको पिण्ड दिइएको छ भने, पहिले यसलाई मोलमा रूपान्तरण गर्नुहोस्:
n = m / श्री.
५. प्रश्नको सन्दर्भमा ध्यान दिनुहोस्
उदाहरणका लागि, कडा बन्द ट्यूब (स्थिर आयतन) मा, गे-लुसाक अनुसार तताउँदा दबाब बढ्नेछ।
केसिम्पुलन
ग्यासको चाप कसरी गणना गर्ने भन्ने कुरा प्रणालीको अवस्थाहरूमा निर्भर गर्दछ: तापक्रम स्थिर रहन्छ, आयतन स्थिर रहन्छ, वा सबै चरहरू परिवर्तन हुन्छन्। साधारण अवस्थाहरूको लागि, बोयल र गे-लुसाकका नियमहरू उपयोगी छन्। अधिक सामान्य परिस्थितिहरूको लागि, संयुक्त ग्यास समीकरण र आदर्श ग्यास समीकरण प्राथमिक उपकरणहरू हुन्। यदि ग्यासहरू मिश्रित छन् भने, कुल र आंशिक दबाब निर्धारण गर्न डाल्टनको नियम प्रयोग गरिन्छ। सूत्रहरू, एकाइहरू, र रूपान्तरण चरणहरू बुझेर, तपाईं विभिन्न ग्यास चाप समस्याहरू अझ छिटो र सही रूपमा समाधान गर्न सक्नुहुन्छ।
यदि तपाईं चाहनुहुन्छ भने, म यो लेखको संस्करण बनाउन सक्छु जसमा थप अभ्यास प्रश्नहरू (१०-१५ प्रश्नहरू भन्नुहोस्) र चरण-दर-चरण व्याख्याहरू समावेश छन्।
