באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור
דרוק און טעמפּעראַטור זענען צוויי פיזישע קוואַנטיטעטן וואָס זענען ענג פֿאַרבונדן, ספּעציעל ווען מיר רעדן וועגן גאַזן. אין וואָכעדיקן לעבן קען מען זען די פֿאַרבינדונג צווישן די צוויי אין פֿאָרמיטל טירעס וואָס פֿילן זיך "האַרטער" נאָך פֿאַרלענגערטער באַניץ, אַעראָזאָל קאַנס וואָס מען זאָל נישט וואַרמען, און אפילו דרוק קאָכערס וואָס פֿאַרגיכערן דעם קאָכן פּראָצעס. כאָטש עס שיינט פּשוט, האָט די פֿאַרבינדונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור אַ שטאַרקע וויסנשאַפֿטלעכע באַזע אין דער קינעטיקער טעאָריע פֿון גאַזן און די געזעצן פֿון טערמאָדִינאַמיק. דער אַרטיקל דיסקוטירט ווי דרוק און טעמפּעראַטור באַאיינפֿלוסן זיך איינער דעם אַנדערן, די פֿאָרמולעס וואָס דערקלערן דאָס, און ביישפּילן פֿון זײַן אַפּליקאַציע.
פֿאַרשטיין גרונטלעכע קאָנצעפּטן: דרוק און טעמפּעראַטור
דרוק ווערט דעפינירט אלס קראַפט פּער איינהייט שטח. אין דעם קאנטעקסט פון גאזן, קומט דרוק ארויס ווייל גאז מאלעקולן רירן זיך צופעליג און קאלידירן מיט די ווענט פון דעם קאנטעינער. ווי אָפטער און אינטענסיווער די קאליזיעס, אַלץ גרעסער דער דרוק. די SI איינהייט פון דרוק איז דער פּאַסקאַל (Pa), אָבער אין פּראַקטיק ווערן אָפט גענוצט אַטמאָספערעס (atm), באַר, אָדער mmHg.
טעמפּעראַטור איז אַ מאָס פֿון דער דורכשניטלעכער קינעטישער ענערגיע פֿון די פּאַרטיקלען וואָס מאַכן אויס אַ סובסטאַנץ. ווי די טעמפּעראַטור שטײַגט, באַוועגן זיך די פּאַרטיקלען שנעלער; ווי די טעמפּעראַטור פֿאַלט, פֿאַרלאַנגזאַמט זיך זייער באַוועגונג. די SI איינהייט פֿון טעמפּעראַטור איז דער קעלווין (K), כאָטש דער גראַד צעלזיוס (°C) ווערט מער געוויינטלעך געניצט אין וואָכעדיקן לעבן. אין דער רעכענונג פֿון אידעאַלע גאַזן איז דער קעלווין קריטיש ווײַל די וואָג הייבט זיך אָן בײַ אַבסאָלוט נול (0 K), דער פּונקט וואו די קינעטישע ענערגיע פֿון די פּאַרטיקלען איז אידעאַל בײַם מינימום.
די באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור ווערט קלאָר אויב מיר קאָמבינירן די צוויי דעפֿיניציעס אויבן: טעמפּעראַטור באַשטימט ווי שנעל פּאַרטיקלען באַוועגן זיך, בשעת דרוק איז אָפּהענגיק פֿון די אימפּאַקטן פֿון פּאַרטיקלען קעגן די ווענט פֿון דעם קאַנטיינער. ווי פּאַרטיקלען באַוועגן זיך שנעלער (וואָס פֿאַרגרעסערט די טעמפּעראַטור), ווערן קאָליזיעס אָפֿטער און שטאַרקער, אַזוי טענדירט דרוק צו פֿאַרגרעסערן זיך - צוגעשטעלט אַז דער באַנד בלייבט אַנטשיינדזשד, פֿאַרשטייט זיך.
קינעטיש טעאריע: פארוואס שטייגט דרוק ווען טעמפעראטור שטייגט?
לויט דער קינעטיקער טעאריע פון גאזן, באשטייען גאזן פון טיילכלעך וואס רירן זיך צופעליק און קאלידירן איינע מיט די אנדערע. ביי העכערע טעמפעראטורן, וואקסט די דורכשניטלעכע קינעטישע ענערגיע פון די טיילכלעך. אלס רעזולטאט:
1. קאליזיע פרעקווענץ פארגרעסערט זיך: טיילכלעך פארן שנעלער אריבער דעם פלאץ אינעווייניק פונעם קאנטעינער, אזוי טרעפן זיי די ווענט מער אפט.
2. דער אימפּאַקט אימפּולס איז גרעסער: ווען די פּאַרטיקל איז שנעלער, איז די ענדערונג אין איר מאָמענטום ווען זי אָפּשפּרונגען אויך גרעסער.
3. גאַנצער דרוק פאַרגרעסערט זיך: ווײַל דרוק איז דער רעזולטאַט פון דער אָנגעזאַמלטער קראַפט פון פּאַרטיקל-אימפּאַקטן אויף די ווענט פון דעם קאַנטיינער.
פֿון דעם שטאַנדפּונקט איז די באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור נישט נאָר אַ פֿאָרמולע, נאָר אַ דירעקטע קאָנסעקווענץ פֿון דער מיקראָסקאָפּישער באַוועגונג פֿון פּאַרטיקלען.
גיי-לוסאק'ס געזעץ: דרוק איז גלייך פראפארציאנעל צו טעמפעראטור (קאנסטאנטע פארנעם)
פֿאַר אַ גאַז אין אַ פֿאַרמאַכטן קאַנטיינער מיט אַ קאָנסטאַנטן וואָלומען (למשל, אַ גאַז צילינדער אָדער אַעראָסאָל קאַן), ווערט די באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור אויסגעדריקט דורך גיי-לוסאַקס געזעץ:
\[
\frac{P}{T} = קאָנסטאַנט
\]
אדער אין דער פארעם פון צוויי שטאַטן:
\[
\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}
\]
דאָ איז \(P\) דרוק און \(T\) איז טעמפּעראַטור אין קעלווין. דער געזעץ זאָגט אַז דער דרוק פון אַ גאַז איז גלייך פּראָפּאָרציאָנעל צו דער אַבסאָלוטער טעמפּעראַטור אויב דער באַנד און נומער פון מאָלן פון דעם גאַז בלייבן קאָנסטאַנט. דאָס מיינט אַז אויב די טעמפּעראַטור (אין ק) פאַרדאָפּלט זיך, פאַרדאָפּלט זיך אויך דער דרוק.
א פשוט ביישפּיל: אויב אַ רער מיט גאַז איז ביי 300 קעלווין מיט אַ דרוק פון 1 אַטם, דעמאָלט די טעמפּעראַטור שטייגט צו 360 קעלווין, דעמאָלט ווערט דער דרוק:
\[
P_2 = P_1 \times \frac{T_2}{T_1} = 1 \times \frac{360}{300} = 1{,}2 \text{ atm}
\]
די 20% פאַרגרעסערונג קען אויסזען קליין, אָבער אונטער געוויסע באַדינגונגען קען עס זיין געפערלעך, ספּעציעל אויב דער צילינדער איז נישט דיזיינד צו אַנטקעגנשטעלן זיך הויכן דרוק.
אידעאלע גאז געזעץ: די אלגעמיינע באציאונג פון P, V, און T
כדי צו פֿאַרשטיין די באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור מער פֿולשטענדיק, ניצן מיר די אידעאַלע גאַז גלייכונג:
\[
פּוו = נר
\]
מיט:
– \(P\) = דרוק
– \(V\) = באַנד
– \(n\) = צאָל מאָלן גאַז
– \(R\) = אידעאלע גאז קאנסטאנט
– \(T\) = אַבסאָלוטע טעמפּעראַטור (K)
אויב \(n\) און \(V\) זענען פיקסירט, דעמאָלט:
\[
פּ \פּראָפּטאָ ט
\]
דאָס גייט צוריק צו גיי-לוסאַקס געזעץ. אָבער, אידעאַלע גאַזן ווייַזן אויך אַז די שייכות צווישן דרוק און טעמפּעראַטור קען זיך ענדערן אויב דער באַנד ענדערט זיך. למשל, אין אַן עלאַסטישן באַלאָן, ווען די טעמפּעראַטור וואַקסט, קען דער באַלאָן זיך אויסברייטערן (פאַרגרעסערן אין באַנד), אַזוי דער דרוק וואַקסט נישט שטענדיק אַזוי פיל ווי אין אַ שטרענגן קאַנטיינער.
די ראלע פון וואָלומען: פארוואס דערפאַרן נישט אַלע סיסטעמען די זעלבע דרוק פאַרגרעסערונג?
אין דער ווירקלעכער וועלט, זענען אסאך קאנטעינערס נישט גאנץ פעסט. ווען א גאז ווערט געהייצט, זענען דא צוויי מעגלעכע רעאקציעס:
1. פעסטער באַנד (שטייפער קאַנטיינער): דרוק וואַקסט באַדייטנד.
2. פארנעם פארגרעסערט זיך (פלעקסיבל קאנטעינער): עטלעכע פון די הייצונג "עפעקטן" ווערן פארגרעסערט אין פארנעם פארגרעסערונגען, אזוי קען דער דרוק אביסל פארגרעסערן זיך, בלייבן די זעלבע, אדער פארגרעסערן זיך אבער נישט אזויפיל ווי אין פאל פון קאנסטאנטן פארנעם.
א ביישפּיל איז אַ הייסע לופט באַלאָן. די לופט אינעווייניק אין באַלאָן ווערט געהייצט, וואָס פאַראורזאַכט אַז זיין געדיכטקייט זאָל פאַרקלענערן זיך, וואָס יקספּאַנדירט דעם באַלאָן, און פאַרגרעסערט די אויפשווימונג. דער דרוק אינעווייניק אין באַלאָן טענדירט צו דערגרייכן אַטמאָספערישן דרוק ווייל דער באַלאָן איז אָפֿן אין דנאָ (אָדער האט אַ מעכאַניזם וואָס פאַרהיט דעם דרוק פון באַדייטנד פאַרגרעסערן). אַזוי, הייצונג אַפעקטירט בפֿרט וואָלומען און געדיכטקייט, אַנשטאָט באַדייטנד פאַרגרעסערן דעם דרוק.
ביישפילן פון אנווענדונג אין וואָכעדיק לעבן
1. אויטאָ טירעס
רעדער דרוק קען זיך העכערן נאך א לאנגע רייזע. רייבונג צווישן דעם רעדל און דער וועג און דעפארמאציע שאפן היץ, וואס הייבט די טעמפעראטור פון דער לופט אינעווייניק אין רעדל. ווייל דער רעדל פארנעם בלייבט רעלאטיוו קאנסטאנט (כאטש עס וואקלט זיך אביסל), שטייגט דער דרוק עווענטועל. דאס איז פארוואס רעדל דרוק מעסטונגען זענען אידעאל גענומען ווען די רעדער זענען "קאלט".
2. אַעראָסאָל קאַנס
אַעראָזאָל קענס אַנטהאַלטן דרוק-געשטיצטע גאַזן און פליסיקייטן. ווען מען וואַרעמט עס אויף, שטייגט די טעמפּעראַטור פונעם גאַז און דער דרוק ווערט גרעסער. ווײַל די קאַן איז שטייף און פֿאַרזיגלט, איז דער צושטאַנד נאָענט צו אַ קאָנסטאַנטן באַנד, וואָס דערמעגלעכט דעם דרוק צו שטאַרק וואַקסן. דעריבער ווערן אָפֿט גענוצט די וואָרענונגען "נישט פֿאַרברענען" אָדער "נישט אויפֿהיטן אין הייסע ערטער".
3. דרוק קאָכער
דרוק קאָכערס אַרבעטן דורך פאַרגרעסערן דעם פארע דרוק פון די וואַסער אין די טאָפּ. ווי דער דרוק וואַקסט, וואַקסט אויך דער קאָכפּונקט פון וואַסער, וואָס ערלויבט עסן צו זיין געקאָכט ביי טעמפּעראַטורן העכער ווי 100°C אָן די וואַסער זאָל שנעל פארדאַמפּפן. דאָ איז די דרוק-טעמפּעראַטור באַציִונג פארבונדן מיט פאַזע גלייכגעוויכט (פליסיק וואַסער און פארע), נישט נאָר אידעאַלע גאַזן, אָבער דער אַלגעמיינער פּרינציפּ בלייבט: דרוק סיסטעמען ערמעגלעכן העכערע אַפּערייטינג טעמפּעראַטורן.
4. קיל- און לופטקילונג סיסטעמען
אין דעם קיל-ציקל גייט דער קיל-מאטעריאל אדורך קאמפרעסיע און אויסברייטונג. ווען קאמפרעסט, וואקסט זיין דרוק און זיין טעמפעראטור וואקסט בכלל אויך. דער קיל-מאטעריאל לאזט דאן ארויס היץ צו דער סביבה און גייט אדורך א פאזע-טויש. די באציאונג צווישן דרוק און טעמפעראטור אין א קיל-מאטעריאל איז קריטיש פאר סיסטעם עפעקטיווקייט און זיכערהייט.
רעאַלע באַדינגונגען: אָפּנייגונגען פֿון אידעאַלן גאַז
גיי-לוסאק'ס געזעץ און די אידעאלע גאז גלייכונג זענען מערסט גענוי ביי נידעריגע דרוקן און רעלאטיוו הויכע טעמפּעראַטורן, ווען אינטערמאָלעקולאַרע אינטעראַקציעס קענען פארנאכלעסיגט ווערן. ביי הויכע דרוקן אדער נידעריגע טעמפּעראַטורן קענען עכטע גאַזן אָפּווייכן ווייל:
– אינטערמאָלעקולאַרע כוחות פון אַטראַקציע,
– מאָלעקולאַרע גרייס וואָס מען קען נישט איגנאָרירן,
– מעגלעכקייט פון קאנדענסאציע וואס נענטערט זיך צום זעטיקונג פונקט.
אונטער די באדינגונגען בלייבט די באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור, אָבער די פֿאָרמולע פֿאָדערט אַן עכטן גאַז מאָדעל (למשל, די וואַן דער וואַלס גלייכונג) אָדער עמפּירישע דאַטן.
קעסימפּולאַן
די באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור איז אַ שליסל באַגריף אין פיזיק און אינזשעניריע. מיקראָסקאָפּיש, באַשטימט טעמפּעראַטור די גיכקייט מיט וואָס גאַז פּאַרטיקלען באַוועגן זיך, בשעת דרוק שטאַמט פון דעם אימפּאַקט פון פּאַרטיקלען אויף די ווענט פון דעם קאַנטיינער. אין אַ קאַנטיינער מיט אַ קאָנסטאַנטן באַנד, איז דרוק גלייך פּראָפּאָרציאָנעל צו דער אַבסאָלוטער טעמפּעראַטור, ווי געזאָגט דורך גיי-לוסאַק'ס געזעץ. ניצנדיק די אידעאַלע גאַז גלייכונג, זען מיר אַז די באַציִונג איז אויך אָפּהענגיק פון דעם באַנד און סומע פון גאַז. אירע אַפּליקאַציעס זענען ברייט, פון פאָרמיטל טירעס און אַעראָסאָלן ביז דרוק קוקערס און קיל סיסטעמען. פֿאַרשטיין די באַציִונג צווישן דרוק און טעמפּעראַטור העלפֿט אונדז ניט בלויז רעכענען פיזישע קוואַנטיטעטן, נאָר אויך פֿאַרבעסערט די זיכערקייט און עפעקטיווקייט פון פילע טעגלעכע טעכנאָלאָגיעס.
