ගෑස් පීඩනය ගණනය කරන්නේ කෙසේද?
වායු පීඩනය යනු භෞතික විද්යාවේ සහ රසායන විද්යාවේ තීරණාත්මක සංකල්පයක් වන අතර එය එදිනෙදා ජීවිතයේදී නිතර දක්නට ලැබේ - වාහන ටයර් සහ LPG සිලින්ඩරවල සිට එයරොසෝල් සහ රසායනාගාර ක්රියාවලීන් දක්වා. වායු පීඩනය ගණනය කරන ආකාරය තේරුම් ගැනීම, එහි පරිමාව වෙනස් වන විට, එහි උෂ්ණත්වය උච්චාවචනය වන විට හෝ එහි ප්රමාණය වැඩි වන විට වායුවක් හැසිරෙන ආකාරය පුරෝකථනය කිරීමට අපට උපකාරී වේ. මෙම ලිපියෙන් වායු පීඩනයේ අර්ථ දැක්වීම, භාවිතා කරන ඒකක සහ එය ගණනය කිරීමට භාවිතා කරන ප්රධාන සූත්ර උදාහරණ සමඟ සාකච්ඡා කෙරේ.
1. වායු පීඩනය අවබෝධ කර ගැනීම
වායු පීඩනය යනු වායු අංශු බහාලුමක බිත්ති සමඟ ගැටෙන විට ඒකක ප්රදේශයකට යොදන බලයයි. වායුව "සැහැල්ලු" සහ නොපෙනෙන ලෙස පෙනුනද, වායු අංශු වේගයෙන් හා අහඹු ලෙස චලනය වේ. මෙම නිරන්තර ගැටුම් පීඩනය ඇති කරයි.
ගණිතමය වශයෙන්, පීඩනය පහත පරිදි අර්ථ දැක්වේ:
පී = එෆ් / ඒ
කෙතරංගන්:
– P = පීඩනය
– F = බලය
– A = තලයේ ප්රදේශය (ප්රදේශය)
කෙසේ වෙතත්, වායු ගණනය කිරීම් වලදී (විශේෂයෙන් රසායන විද්යාව සහ භෞතික විද්යාවේදී), පීඩනය බොහෝ විට ගණනය කරනු ලබන්නේ පරිපූර්ණ වායු සමීකරණය හෝ වෙනත් වායු නියමයන් භාවිතා කරමිනි.
2. බහුලව භාවිතා වන වායු පීඩන ඒකක
වායු පීඩනය විවිධ ඒකක වලින් ප්රකාශ කළ හැක. පහත දැක්වෙන්නේ වඩාත් සුලභ ඒකක වේ:
1. පැස්කල් (Pa)
SI ඒකක. 1 Pa = 1 N/m².
2. කිලෝපැස්කල් (kPa)
1 kPa = 1000 Pa.
3. වායුගෝලය (atm)
රසායන විද්යාවේ බහුලව භාවිතා වේ.
1 atm = 101325 Pa ≈ 101,3 kPa.
4. mmHg හෝ ටෝර්
බොහෝ විට රුධිර පීඩනය සහ රික්තක අත්හදා බැලීම් වලදී භාවිතා වේ.
1 atm = 760 mmHg = 760 ටෝර්.
5. බාර්
බොහෝ විට ඉංජිනේරු විද්යාවේ භාවිතා වේ.
1 බාර් = 100 kPa.
ස්ථාවර ගණනය කිරීම් සඳහා ඒකක පරිවර්තනය අත්යවශ්ය වේ. උදාහරණයක් ලෙස, ඔබ පරිපූර්ණ වායු සමීකරණය භාවිතා කරන්නේ නම් සහ L·atm/mol·K ඒකක වලින් R භාවිතා කරන්නේ නම්, පීඩනය atm වලින් ද, පරිමාව ලීටර් වලින් ද, උෂ්ණත්වය කෙල්වින් වලින් ද විය යුතුය.
3. පීඩනය ගණනය කිරීම සඳහා මූලික වායු නීති
අ) බොයිල්ගේ නියමය (පීඩනය vs පරිමාව)
බොයිල් නියමය පවසන්නේ නියත උෂ්ණත්වයකදී සහ නියත වායු ප්රමාණයකදී පීඩනය පරිමාවට ප්රතිලෝමව සමානුපාතික වන බවයි:
ප₁වී₁ = ප₂වී₂
කෙතරංගන්:
– P₁, V₁ = ආරම්භක පීඩනය සහ පරිමාව
– P₂, V₂ = අවසාන පීඩනය සහ පරිමාව
උදාහරණයක්:
පිස්ටනයක 2 atm පීඩනයක් සහ 3 L පරිමාවක් ඇති වායුවක් ඇත. නියත උෂ්ණත්වයකදී එහි පරිමාව 1,5 L වන තෙක් වායුව සම්පීඩනය කෙරේ. අවසාන පීඩනය කුමක්ද?
සූත්රය භාවිතා කරන්න:
ප₁වී₁ = ප₂වී₂
2 atm × 3 L = P₂ × 1,5 L
6 = 1,5 ප₂
P₂ = 4 atm
ඉතින්, අවසාන පීඩනය 4 atm වේ.
ආ) සමලිංගික-ලුසැක් නියමය (පීඩනය එදිරිව උෂ්ණත්වය)
වායුවේ පරිමාව සහ ප්රමාණය නියතව පවතී නම්, පීඩනය නිරපේක්ෂ උෂ්ණත්වයට (කෙල්වින්) සෘජුව සමානුපාතික වේ:
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
කෙතරංගන්:
– T සෙල්සියස් වලින් නොව කෙල්වින් (K) වලින් විය යුතුය.
උදාහරණයක්:
සිලින්ඩරයක වායුවක පීඩනය 27°C දී 1,5 atm වේ. සිලින්ඩරය 127°C දක්වා රත් කළද එහි පරිමාව නියතව පවතී. අවසාන පීඩනය කුමක්ද?
උෂ්ණත්වය කෙල්වින් බවට පරිවර්තනය කරන්න:
ටී₁ = 27 + 273 = 300 කි
ටොන්₂ = 127 + 273 = 400 කි
ගණන:
P₁/T₁ = P₂/T₂
1,5/300 = පි₂/400
P₂ = 1,5 × (400/300) = 2,0 atm
අවසාන පීඩනය 2 atm වේ.
ඇ) ඒකාබද්ධ වායු නියමය (බොයිල් + චාල්ස් + ගේ-ලුසැක්)
වායු ප්රමාණය නියතව පැවතුනද පීඩනය, පරිමාව සහ උෂ්ණත්වය වෙනස් විය හැකිය:
(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
එකවර උෂ්ණත්වයේ සහ පරිමාවේ වෙනස්වීම් සම්බන්ධ අවස්ථාවන් සඳහා මෙය විශේෂයෙන් ප්රයෝජනවත් වේ.
උදාහරණයක්:
වායුවේ පීඩනය 1 atm, පරිමාව 2 L සහ උෂ්ණත්වය 300 K වේ. ඉන්පසු එය පරිමාව 3 L සහ උෂ්ණත්වය 450 K දක්වා වෙනස් වේ. අවසාන පීඩනය කුමක්ද?
(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(1 × 2)/300 = (පි₂ × 3)/450
2/300 = 3 ප₂/450
0,00667 = 0,00667 ප₂
P₂ = 1 atm
අවසාන පීඩනය 1 atm ලෙස පවතී.
4. අයිඩියල් ගෑස් සමීකරණය සමඟ පීඩනය ගණනය කිරීම
මවුල ගණන දන්නා විට වායු පීඩනය ගණනය කිරීම සඳහා වඩාත් පොදු සූත්රය පරිපූර්ණ වායු සමීකරණයයි:
පීවී = එන්ආර්ටී
ඔබට පීඩනය ගණනය කිරීමට අවශ්ය නම්:
පී = (nRT) / වී
කෙතරංගන්:
– P = පීඩනය
– V = පරිමාව
– n = වායු මවුල ගණන
– R = වායු නියතය
– T = උෂ්ණත්වය (K)
R අගය භාවිතා කරන ඒකක මත රඳා පවතී. බහුලව භාවිතා වන ඒකක වන්නේ:
– R = 0,08206 L·atm/mol·K
– R = 8,314 J/mol·K (Pa සහ m³ භාවිතා කරන්නේ නම්)
උදාහරණයක්:
27°C දී ලීටර් 10 භාජනයක වායු මවුල 0,5 ක් ඇත. atm හි පීඩනය කොපමණද?
උෂ්ණත්වය වෙනස් කරන්න:
ටී = 27 + 273 = 300 කි
පී = එන්ආර්ටී/වී
පී = (0,5 × 0,08206 × 300) / 10
පී = (12,309) / 10
P = 1,2309 atm
එබැවින් වායු පීඩනය ≈ 1,23 atm.
5. වායු මිශ්රණවල අර්ධ පීඩනය (ඩෝල්ටන් නියමය)
භාජනයක වායු කිහිපයක මිශ්රණයක් තිබේ නම්, මුළු පීඩනය එක් එක් වායුවේ අර්ධ පීඩනවල එකතුව වේ:
P_එකතුව = P₁ + P₂ + P₃ + …
වායුවේ අර්ධ පීඩනය i ගණනය කළ හැක්කේ:
Pᵢ = xᵢ × P_එකතුව
මෙහි xᵢ යනු මවුල භාගයයි:
xᵢ = nᵢ / n_එකතුව
උදාහරණයක්:
භාජනයක, N₂ මවුල 2 ක් සහ O₂ මවුල 1 ක් ඇත. මුළු පීඩනය 3 atm වේ. O₂ හි අර්ධ පීඩනය කොපමණද?
n_එකතුව = 2 + 1 = 3 මොල්
x_O2 = 1/3
P_O2 = x_O2 × P_එකතුව = (1/3) × 3 atm = 1 atm
O₂ = 1 atm හි අර්ධ පීඩනය.
6. ගෑස් පීඩන ගණනය කිරීම් වලදී වැරදි වළක්වා ගැනීමට වැදගත් උපදෙස්
1. සෑම විටම කෙල්වින් උෂ්ණත්වය භාවිතා කරන්න.
ටී(කේ) = ටී(°C) + 273.
2. ගණනය කිරීමට පෙර ඒකක ගලපන්න.
R අගය L·atm හි තිබේ නම්, ලීටර් පරිමාව සහ atm පීඩනය භාවිතා කරන්න.
3. ක්රියාවලිය නියත දැයි පරීක්ෂා කරන්න.
බොයිල්: නියත උෂ්ණත්වය.
ගේ-ලුසැක්: නියත පරිමාව.
චාල්ස්: නිරන්තර පීඩනය (මෙහි විස්තරාත්මකව සාකච්ඡා කර නැතත්).
ඒකාබද්ධ වායු: සියල්ල වෙනස් විය හැකිය.
4. මවුල දන්නා විට පරිපූර්ණ වායු සමීකරණය භාවිතා කරන්න.
ඔබට වායුවක ස්කන්ධය ලබා දෙන්නේ නම්, පළමුව එය මවුල බවට පරිවර්තනය කරන්න:
n = m / මහතා.
5. ප්රශ්නයේ සන්දර්භය කෙරෙහි අවධානය යොමු කරන්න.
උදාහරණයක් ලෙස, දෘඩ සංවෘත නලයක (ස්ථාවර පරිමාව), රත් කිරීමෙන් ගේ-ලුසැක්ට අනුව පීඩනය වැඩි වේ.
නිගමනය
වායු පීඩනය ගණනය කරන්නේ කෙසේද යන්න පද්ධතියේ තත්වයන් මත රඳා පවතී: උෂ්ණත්වය නියතව පවතීද, පරිමාව නියතව පවතීද, නැතහොත් සියලු විචල්යයන් වෙනස් වේද යන්න. සරල අවස්ථා සඳහා, බොයිල් සහ ගේ-ලුසැක්ගේ නීති උපකාරී වේ. වඩාත් සාමාන්ය අවස්ථා සඳහා, ඒකාබද්ධ වායු සමීකරණය සහ පරිපූර්ණ වායු සමීකරණය ප්රාථමික මෙවලම් වේ. වායූන් මිශ්ර වී ඇත්නම්, මුළු සහ අර්ධ පීඩන තීරණය කිරීම සඳහා ඩෝල්ටන්ගේ නියමය භාවිතා කරයි. සූත්ර, ඒකක සහ පරිවර්තන පියවර තේරුම් ගැනීමෙන්, ඔබට විවිධ වායු පීඩන ගැටළු වඩාත් ඉක්මනින් හා නිවැරදිව විසඳා ගත හැකිය.
ඔබ කැමති නම්, මට මෙම ලිපියේ තවත් ප්රායෝගික ප්රශ්න (ප්රශ්න 10–15ක් වැනි) සහ පියවරෙන් පියවර පැහැදිලි කිරීම් සමඟින් අනුවාදයක් සෑදිය හැක.
