Auala e Fuafua ai le Mamafa o le Kesi
O le mamafa o le kesi o se manatu taua tele i le fisiki ma le kemisi e masani ona aliali mai i le olaga i aso faisoo—mai pa'u o ta'avale ma tane LPG i aerosols ma faiga i totonu o fale su'esu'e. O le malamalama i le auala e fuafua ai le mamafa o le kesi e fesoasoani ia i tatou e vavalo pe fa'apefea ona gaoioi se kesi pe a suia lona voluma, fesuisuia'i lona vevela, pe fa'ateleina lona aofa'i. O lenei tusiga o lo'o talanoaina ai le fa'auigaga o le mamafa o le kesi, iunite e fa'aaogaina, ma fua fa'atatau autu e fa'aaogaina e fuafua ai, fa'atasi ai ma fa'ata'ita'iga.
1. Malamalama i le Mamafa o le Kesi
O le mamafa o le kesi o le malosi lea i le iunite e faʻatinoina e vaega o le kesi pe a latou fetoʻai ma puipui o se koneteina. E ui lava ina foliga "mama" le kesi ma e le vaaia, ae o vaega o le kesi o loʻo gaoioi vave ma faʻafuaseʻi. O nei fetoʻai faifai pea e mafua ai le mamafa.
I le fa'a-matematika, o le mamafa e fa'amatalaina e pei o:
P = F/A
Fa'amatalaga:
– P = mamafa
– F = malosi
– A = le lautele o le va'alele (lautele)
Peita'i, i le fa'atinoina o le fuafuaina o le kesi (aemaise lava i le kemisi ma le fisiki), e masani ona fuafuaina le mamafa e fa'aaoga ai le fua fa'atatau o le kesi lelei po'o isi tulafono o le kesi.
2. Iunite o le Mamafa o le Kesi e Masani Ona Faʻaaogaina
E mafai ona fa'aalia le mamafa o le kesi i iunite eseese. O iunite masani nei:
1. Pasekala (Pa)
Iunite SI. 1 Pa = 1 N/m².
2. Kilopascal (kPa)
1 kPa = 1000 Pa.
3. Siosiomaga (atm)
E masani ona faʻaaogaina i le kemisi.
1 atm = 101325 Pa ≈ 101,3 kPa.
4. mmHg po'o le Torr
E masani ona faʻaaogaina i faʻataʻitaʻiga o le toto maualuga ma le masini e aveese ai le ea.
1 atm = 760 mmHg = 760 Torr.
5. pa
E masani ona faʻaaogaina i le inisinia.
1 pa = 100 kPa.
E taua tele le liua o iunite mo ni fuafuaga tutusa. Mo se faʻataʻitaʻiga, afai o loʻo e faʻaaogaina le fuafuaga o le kasa lelei atoatoa ma faʻaaogaina le R i iunite o le L·atm/mol·K, ona tatau lea ona iai le mamafa i le atm, le voluma i lita, ma le vevela i Kelvin.
3. Tulafono Fa'avae o le Kasa mo le Fuafuaina o le Mamafa
a) Tulafono a Boyle (Mamafa vs. Voluma)
O le tulafono a Boyle e faapea i le vevela tumau ma le aofaiga tumau o le kesi, o le mamafa e faatatau i le voluma:
P₁V₁ = P₂V₂
Fa'amatalaga:
– P₁, V₁ = mamafa ma le voluma muamua
– P₂, V₂ = mamafa ma le voluma mulimuli
Faataitaiga:
O lo'o i totonu o se piston se kesi ma lona mamafa e 2 atm ma lona voluma e 3 L. E fa'apipi'i le kesi se'ia o'o ina avea lona voluma ma le 1,5 L i se vevela tumau. O le a le mamafa mulimuli?
Faaaoga le fua fa'atatau:
P₁V₁ = P₂V₂
2 atm × 3 L = P₂ × 1,5 L
6 = 1,5P₂
P₂ = 4 atm
O lea la, o le mamafa mulimuli e 4 atm.
e) Tulafono a Gay-Lussac (Mamafa vs Vevela)
Afai e tumau pea le voluma ma le aofaʻi o le kesi, e tutusa tonu lava le mamafa ma le vevela atoatoa (Kelvin):
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Fa'amatalaga:
– E tatau ona iai le T i le Kelvin (K), ae le o le Celsius.
Faataitaiga:
O le mamafa o le kesi i totonu o se tane e 1,5 atm i le 27°C. Ua fa'avevela le tane i le 127°C, ae e tumau pea lona voluma. O le a le mamafa mulimuli?
Liliu le vevela i Kelvin:
T₁ = 27 + 273 = 300 K
T₂ = 127 + 273 = 400 K
Faitauga:
P₁/T₁ = P₂/T₂
1,5/300 = P₂/400
P₂ = 1,5 × (400/300) = 2,0 atm
O le mamafa mulimuli e 2 atm.
c) Tulafono o le Kasa Tu'ufa'atasi (Boyle + Charles + Gay-Lussac)
Afai e tumau pea le aofaʻi o le kesi ae e mafai ona suia uma le mamafa, voluma, ma le vevela:
(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
E sili ona aogā lenei mea mo tulaga e aofia ai suiga i le vevela ma le voluma i le taimi e tasi.
Faataitaiga:
O le mamafa o le kesi e 1 atm, o le voluma e 2 L, ma le vevela e 300 K. Ona suia lea i le voluma e 3 L ma le vevela e 450 K. O le a le mamafa mulimuli?
(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(1 × 2)/300 = (P₂ × 3)/450
2/300 = 3P₂/450
0,00667 = 0,00667P₂
P₂ = 1 atm
O le mamafa mulimuli e tumau i le 1 atm.
4. Fuafuaina o le Mamafa i le Fuafuaga o le Kasa Lelei
O le fua fa'atatau lelei o le kesi o le fua fa'atatau sili ona lautele mo le fuafuaina o le mamafa o le kesi pe a iloa le aofa'i o moles:
PV = nRT
Afai e te manaʻo e fuafua le mamafa:
P = (nRT) / V
Fa'amatalaga:
– P = mamafa
– V = voluma
– n = numera o mole o le kesi
– R = tumau o le kesi
– T = vevela (K)
O le tau o le R e faʻalagolago i iunite e faʻaaogaina. O iunite e masani ona faʻaaogaina o:
– R = 0,08206 L·atm/mol·K
– R = 8,314 J/mol·K (pe afai e faʻaaogaina le Pa ma le m³)
Faataitaiga:
E 0,5 mole o le kesi o lo'o i totonu o se koneteina e 10 L i le 27°C. O le a le mamafa o le kesi i le atm?
Suia le vevela:
T = 27 + 273 = 300 K
P = nRT/V
P = (0,5 × 0,08206 × 300) / 10
P = (12,309) / 10
P = 1,2309 atm
O lea la o le mamafa o le kasa ≈ 1,23 atm.
5. Mamafa Fa'avaega i Fa'afefiloi o Kasa (Tulafono a Dalton)
Afai o loʻo i totonu o se koneteina se faʻafefiloi o ni kasa eseese, o le aofaʻi atoa o le mamafa o le aofaʻi lea o mamafa faʻavaega o kasa taʻitasi:
P_aofa'i = P₁ + P₂ + P₃ + …
E mafai ona fuafuaina le mamafa fa'avaega o le kesi i e ala i le:
Pᵢ = xᵢ × P_aofa'i
lea o le xᵢ o le vaega mole:
xᵢ = nᵢ / n_aofa'i
Faataitaiga:
I totonu o se koneteina, e 2 mole o le N₂ ma le 1 mole o le O₂. O le aofa'i atoa o le mamafa e 3 atm. O le a le mamafa fa'avaega o le O₂?
n_aofa'i = 2 + 1 = 3 mol
x_O2 = 1/3
P_O2 = x_O2 × P_aofa'i = (1/3) × 3 atm = 1 atm
Mamafa fa'avaega o le O₂ = 1 atm.
6. Fautuaga Taua e ʻAlofia ai Mea Sese i le Fuafuaina o le Mamafa o le Kesi
1. Faaaoga pea le vevela o Kelvin
T(K) = T(°C) + 273.
2. Fa'afetaui iunite a'o le'i faia le fa'atusatusaga.
Afai o le R o loʻo i le L·atm, faʻaaoga le voluma lita ma le mamafa o le atm.
3. Siaki pe tumau pea le faagasologa
Boyle: vevela tumau.
Gay-Lussac: leo e le suia.
Charles: omiga faifai pea (e ui e le o talanoaina auiliili iinei).
Kasa tu'ufa'atasi: e mafai ona suia mea uma.
4. Faaaoga le fuafuaga kasa lelei pe a iloa mole.
Afai e tuʻuina atu ia te oe le mamafa o se kasa, muamua liliu i moles:
n = m / Mr.
5. Ia uaʻi totoʻa i le anotusi o le fesili
Mo se faʻataʻitaʻiga, i totonu o se paipa malō ma tapuni (volume mautu), o le faʻavevela o le a faʻateleina ai le mamafa e tusa ai ma le Gay-Lussac.
I'uga
O le auala e fuafua ai le mamafa o le kesi e faʻalagolago i tulaga o le faiga: pe tumau pea le vevela, tumau pea le voluma, pe suia uma fesuiaʻiga. Mo mataupu faigofie, e aoga tulafono a Boyle ma Gay-Lussac. Mo tulaga lautele, o le faʻatusatusaga o le kesi tuʻufaʻatasi ma le faʻatusatusaga o le kesi lelei o meafaigaluega autu ia. Afai e faʻafefiloi kesi, e faʻaaogaina le tulafono a Dalton e fuafua ai le mamafa atoa ma le mamafa faʻavaega. I le malamalama i fua faʻatatau, iunite, ma laʻasaga o le liua, e mafai ona e foia vave ma saʻo faʻafitauli eseese o le mamafa o le kesi.
Afai e te manaʻo ai, e mafai ona ou faia se lomiga o lenei tusiga faatasi ai ma nisi fesili faataitai (mo se faataitaiga fesili e 10–15) faatasi ai ma faamatalaga laasaga i lea laasaga.
