வாயு அழுத்தத்தை எவ்வாறு கணக்கிடுவது

வாயு அழுத்தத்தை எவ்வாறு கணக்கிடுவது

வாயு அழுத்தம் என்பது இயற்பியல் மற்றும் வேதியியலில் ஒரு முக்கியமான கருத்தாகும். இது வாகன டயர்கள், எல்.பி.ஜி சிலிண்டர்கள், ஏரோசோல்கள் மற்றும் ஆய்வக செயல்முறைகள் என அன்றாட வாழ்வில் அடிக்கடி காணப்படுகிறது. வாயு அழுத்தத்தைக் கணக்கிடும் முறையைப் புரிந்துகொள்வது, ஒரு வாயுவின் கன அளவு மாறும்போதும், அதன் வெப்பநிலை ஏற்ற இறக்கமடையும்போதும், அல்லது அதன் அளவு அதிகரிக்கும்போதும் அது எவ்வாறு நடந்துகொள்ளும் என்பதைக் கணிக்க நமக்கு உதவுகிறது. இந்தக் கட்டுரை, வாயு அழுத்தத்தின் வரையறை, பயன்படுத்தப்படும் அலகுகள், அதைக் கணக்கிடப் பயன்படும் முக்கிய சூத்திரங்கள் ஆகியவற்றை எடுத்துக்காட்டுகளுடன் விவாதிக்கிறது.

1. வாயு அழுத்தத்தைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

வாயு அழுத்தம் என்பது, வாயுத் துகள்கள் ஒரு கொள்கலனின் சுவர்களுடன் மோதும்போது, ​​ஓரலகு பரப்பிற்குச் செலுத்தப்படும் விசையாகும். வாயு 'இலகுவானதாகவும்' கண்ணுக்குப் புலப்படாததாகவும் தோன்றினாலும், அதன் துகள்கள் வேகமாகவும் ஒழுங்கற்ற முறையிலும் நகர்கின்றன. இந்தத் தொடர்ச்சியான மோதல்களே அழுத்தத்தை உருவாக்குகின்றன.

கணிதரீதியாக, அழுத்தம் என்பது பின்வருமாறு வரையறுக்கப்படுகிறது:

பி = எஃப் / ஏ

தகவல்:
– P = அழுத்தம்
– F = விசை
– A = தளத்தின் பரப்பளவு (area)

இருப்பினும், வாயு கணக்கீடுகளின் நடைமுறையில் (குறிப்பாக வேதியியல் மற்றும் இயற்பியலில்), அழுத்தம் பெரும்பாலும் நல்லியல்பு வாயு சமன்பாடு அல்லது பிற வாயு விதிகளைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது.

2. பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் வாயு அழுத்த அலகுகள்

வாயு அழுத்தத்தை பல்வேறு அலகுகளில் குறிப்பிடலாம். மிகவும் பொதுவான அலகுகள் பின்வருமாறு:

1. பாஸ்கல் (பா)
SI அலகுகள். 1 Pa = 1 N/m².

2. கிலோபாஸ்கல் (kPa)
1 kPa = 1000 Pa.

3. வளிமண்டலம் (atm)
வேதியியலில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
1 atm = 101325 Pa ≈ 101,3 kPa.

4. mmHg அல்லது Torr
பெரும்பாலும் இரத்த அழுத்தம் மற்றும் வெற்றிடச் சோதனைகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
1 வளிமண்டல அழுத்தம் = 760 மிமீ பாதரசம் = 760 டோர்.

5. பட்டி
பொறியியலில் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படுகிறது.
1 பார் = 100 kPa.

சீரான கணக்கீடுகளுக்கு அலகு மாற்றம் அவசியமாகும். எடுத்துக்காட்டாக, நீங்கள் நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி, R-ஐ L·atm/mol·K அலகுகளில் பயன்படுத்தினால், அழுத்தம் atm-லும், கன அளவு லிட்டரிலும், வெப்பநிலை கெல்வின் அலகிலும் இருக்க வேண்டும்.

3. அழுத்தத்தைக் கணக்கிடுவதற்கான அடிப்படை வாயு விதிகள்

அ) பாயில் விதி (அழுத்தம் மற்றும் கனஅளவு)

பாயில் விதியின்படி, மாறாத வெப்பநிலை மற்றும் மாறாத அளவு வாயு இருக்கும்போது, ​​அழுத்தம் கனஅளவிற்கு நேர்மாறு விகிதத்தில் இருக்கும்:

P₁V₁ = P₂V₂

தகவல்:
– P₁, V₁ = ஆரம்ப அழுத்தம் மற்றும் கன அளவு
– P₂, V₂ = இறுதி அழுத்தம் மற்றும் கன அளவு

குறிப்பு:
2 atm அழுத்தம் மற்றும் 3 L கனஅளவு கொண்ட ஒரு வாயு, ஒரு பிஸ்டனில் உள்ளது. அந்த வாயு, ஒரு மாறாத வெப்பநிலையில், அதன் கனஅளவு 1,5 L ஆகும் வரை அமுக்கப்படுகிறது. இறுதி அழுத்தம் என்ன?

சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தவும்:
P₁V₁ = P₂V₂
2 atm × 3 L = P₂ × 1,5 L
6 = 1,5P₂
P₂ = 4 atm

ஆகவே, இறுதி அழுத்தம் 4 வளிமண்டல அழுத்தம் ஆகும்.

b) கே-லுசாக் விதி (அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை)

வாயுவின் கனஅளவும் அளவும் மாறாமல் இருந்தால், அழுத்தம் தனி வெப்பநிலைக்கு (கெல்வின்) நேர் விகிதத்தில் இருக்கும்:

P₁ / T₁ = P₂ / T₂

தகவல்:
– வெப்பநிலை (T) கெல்வின் (K) அலகில் இருக்க வேண்டும், செல்சியஸ் (Celsius) அலகில் அல்ல.

குறிப்பு:
ஒரு உருளையில் உள்ள வாயுவின் அழுத்தம் 27°C வெப்பநிலையில் 1,5 atm ஆகும். அந்த உருளை 127°C வெப்பநிலைக்குச் சூடுபடுத்தப்படுகிறது, ஆனால் அதன் கன அளவு மாறாமல் உள்ளது. இறுதி அழுத்தம் என்ன?

வெப்பநிலையை கெல்வின் ஆக மாற்றவும்:
T₁ = 27 + 273 = 300 K
T₂ = 127 + 273 = 400 K

ஹிட்டுங்:
P₁/T₁ = P₂/T₂
1,5/300 = P₂/400
P₂ = 1,5 × (400/300) = 2,0 atm

இறுதி அழுத்தம் 2 வளிமண்டல அழுத்தம் ஆகும்.

c) ஒருங்கிணைந்த வாயு விதி (பாயில் + சார்லஸ் + கே-லுசாக்)

வாயுவின் அளவு மாறாமல் இருந்து, அழுத்தம், கன அளவு மற்றும் வெப்பநிலை ஆகிய அனைத்தும் மாறினால்:

(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂

ஒரே நேரத்தில் வெப்பநிலை மற்றும் கனஅளவில் மாற்றங்கள் ஏற்படும் நேர்வுகளில் இது குறிப்பாகப் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

குறிப்பு:
வாயுவானது 1 atm அழுத்தம், 2 L கனஅளவு மற்றும் 300 K வெப்பநிலையைக் கொண்டுள்ளது. பின்னர் அது 3 L கனஅளவு மற்றும் 450 K வெப்பநிலைக்கு மாறுகிறது. இறுதி அழுத்தம் என்ன?

(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(1 × 2)/300 = (P₂ × 3)/450
2/300 = 3P₂/450
0,00667 = 0,00667P₂
P₂ = 1 atm

இறுதி அழுத்தம் 1 வளிமண்டலமாக நீடிக்கிறது.

4. நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி அழுத்தத்தைக் கணக்கிடுதல்

மோல்களின் எண்ணிக்கை தெரிந்திருக்கும்போது, ​​வாயு அழுத்தத்தைக் கணக்கிடுவதற்கான மிகவும் பொதுவான சூத்திரம் நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாடு ஆகும்:

பிவி = என்ஆர்டி

நீங்கள் அழுத்தத்தைக் கணக்கிட விரும்பினால்:

P = (nRT) / V

தகவல்:
– P = அழுத்தம்
– V = கன அளவு
– n = வாயுவின் மோல்களின் எண்ணிக்கை
– R = வாயு மாறிலி
– T = வெப்பநிலை (K)

R மதிப்பானது பயன்படுத்தப்படும் அலகுகளைப் பொறுத்தது. மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுபவை:
– R = 0,08206 L·atm/mol·K
– R = 8,314 J/mol·K (Pa மற்றும் m³-ஐப் பயன்படுத்தினால்)

குறிப்பு:
10 லிட்டர் கொள்ளளவு கொண்ட ஒரு கொள்கலனில் 27°C வெப்பநிலையில் 0,5 மோல் வாயு உள்ளது. அதன் அழுத்தம் atm-ல் என்ன?

வெப்பநிலையை மாற்றவும்:
T = 27 + 273 = 300 K

P = nRT/V
P = (0,5 × 0,08206 × 300) / 10
P = (12,309) / 10
P = 1,2309 atm

எனவே வாயு அழுத்தம் ≈ 1,23 வளிமண்டலம்.

5. வாயுக்கலவைகளில் பகுதி அழுத்தம் (டால்டன் விதி)

ஒரு கொள்கலனில் பல வாயுக்களின் கலவை இருந்தால், அதன் மொத்த அழுத்தம் என்பது ஒவ்வொரு வாயுவின் பகுதி அழுத்தங்களின் கூட்டுத்தொகையாகும்:

P_total = P₁ + P₂ + P₃ + …

வாயு i-ன் பகுதி அழுத்தத்தை பின்வரும் சூத்திரத்தின் மூலம் கணக்கிடலாம்:

Pᵢ = xᵢ × P_total

இதில் xᵢ என்பது மோல் பின்னம் ஆகும்:
xᵢ = nᵢ / n_total

குறிப்பு:
ஒரு கலனில் 2 மோல் N₂ மற்றும் 1 மோல் O₂ உள்ளன. மொத்த அழுத்தம் 3 atm ஆகும். O₂-இன் பகுதி அழுத்தம் என்ன?

n_total = 2 + 1 = 3 மோல்
x_O2 = 1/3
P_O2 = x_O2 × P_total = (1/3) × 3 atm = 1 atm

O₂-இன் பகுதி அழுத்தம் = 1 வளிமண்டலம்.

6. வாயு அழுத்தக் கணக்கீடுகளில் தவறுகளைத் தவிர்ப்பதற்கான முக்கிய குறிப்புகள்

1. எப்போதும் கெல்வின் வெப்பநிலையைப் பயன்படுத்தவும்.
T(K) = T(°C) + 273.

2. கணக்கிடுவதற்கு முன் அலகுகளைச் சரிபார்க்கவும்.
R என்பது L·atm இல் இருந்தால், லிட்டர் கனஅளவையும் atm அழுத்தத்தையும் பயன்படுத்தவும்.

3. செயல்முறை நிலையானதா எனச் சரிபார்க்கவும்.
பாய்ல்: மாறா வெப்பநிலை.
கே-லுசாக்: நிலையான ஒலி அளவு.
சார்லஸ்: தொடர்ச்சியான அழுத்தம் (இருப்பினும் இது இங்கு விரிவாக விவாதிக்கப்படவில்லை).
இணைந்த வாயுக்கள்: அனைத்தும் மாறக்கூடும்.

4. மோல்களின் அளவு தெரிந்தால், நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தவும்.
ஒரு வாயுவின் நிறை உங்களுக்குக் கொடுக்கப்பட்டால், முதலில் அதை மோல்களாக மாற்றவும்:
n = m / திரு.

5. கேள்வியின் சூழலைக் கவனியுங்கள்.
உதாரணமாக, கே-லுசாக் விதியின்படி, ஒரு திடமான மூடிய குழாயில் (நிலையான கன அளவு), வெப்பப்படுத்தும்போது அழுத்தம் அதிகரிக்கும்.

முடிவுரை

வாயு அழுத்தத்தைக் கணக்கிடும் முறை, அமைப்பின் நிலைமைகளைப் பொறுத்தது: வெப்பநிலை மாறாமல் இருக்கிறதா, கன அளவு மாறாமல் இருக்கிறதா, அல்லது அனைத்து மாறிகளும் மாறுகின்றனவா என்பதைப் பொறுத்து இது அமையும். எளிய நேர்வுகளுக்கு, பாயில் மற்றும் கே-லுசாக் விதிகள் உதவியாக இருக்கும். மிகவும் பொதுவான சூழ்நிலைகளுக்கு, ஒருங்கிணைந்த வாயுச் சமன்பாடு மற்றும் நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாடு ஆகியவை முதன்மையான கருவிகளாகும். வாயுக்கள் கலந்திருந்தால், மொத்த மற்றும் பகுதி அழுத்தங்களைக் கண்டறிய டால்டன் விதி பயன்படுத்தப்படுகிறது. சூத்திரங்கள், அலகுகள் மற்றும் மாற்றும் படிகளைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், பல்வேறு வாயு அழுத்தச் சிக்கல்களை நீங்கள் விரைவாகவும் துல்லியமாகவும் தீர்க்க முடியும்.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையின் ஒரு பதிப்பை, கூடுதல் பயிற்சிக் கேள்விகளுடன் (சுமார் 10–15 கேள்விகள்) படிப்படியான விளக்கங்களுடன் என்னால் உருவாக்க முடியும்.