Bawo ni lati ṣe iṣiro titẹ gaasi
Ìfúnpá gáàsì jẹ́ èrò pàtàkì nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ àti kẹ́mísírì tí ó máa ń hàn ní ìgbésí ayé ojoojúmọ́—láti àwọn táyà ọkọ̀ àti àwọn sílíńdà LPG sí àwọn aerosols àti àwọn ìlànà yàrá ìwádìí. Lílóye bí a ṣe ń ṣírò ìfúnpá gáàsì ń ràn wá lọ́wọ́ láti sọ àsọtẹ́lẹ̀ bí gáàsì kan yóò ṣe hùwà nígbà tí ìtóbi rẹ̀ bá yípadà, tí ìgbóná rẹ̀ bá yípadà, tàbí tí iye rẹ̀ bá pọ̀ sí i. Àpilẹ̀kọ yìí jíròrò ìtumọ̀ ìfúnpá gáàsì, àwọn ìwọ̀n tí a lò, àti àwọn ìlànà pàtàkì tí a lò láti ṣírò rẹ̀, pẹ̀lú àwọn àpẹẹrẹ.
1. Lílóye Ìfúnpá Gáàsì
Agbára gáàsì ni agbára fún agbègbè kọ̀ọ̀kan tí àwọn èròjà gáàsì máa ń lò nígbà tí wọ́n bá dojú kọ ògiri àpótí kan. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé gáàsì náà dà bí “ìmọ́lẹ̀” tí a kò lè rí, àwọn èròjà gáàsì máa ń yára rìn láìròtẹ́lẹ̀. Àwọn ìkọlù tí ó ń wáyé nígbà gbogbo yìí ló ń fa ìkọlù.
Ní ti ìṣírò, a túmọ̀ ìfúnpá sí:
P = F / A
Alaye:
– P = titẹ
– F = agbara
– A = agbegbe ti ofurufu (agbegbe)
Sibẹsibẹ, ninu iṣe iṣiro gaasi (paapaa ni kemistri ati fisiksi), a maa n ṣe iṣiro titẹ nigbagbogbo nipa lilo idogba gaasi ti o dara julọ tabi awọn ofin gaasi miiran.
2. Àwọn Ẹ̀yà Ìfúnpá Gáàsì Tí A Máa Ń Lo
A le fi titẹ gaasi han ni oniruuru awọn ẹya. Awọn wọnyi ni awọn ẹya ti o wọpọ julọ:
1. Pascal (Pa)
Àwọn ẹ̀ka SI. 1 Pa = 1 N/m².
2. Kilopascal (kPa)
1 kPa = 1000 Pa.
3. Afẹ́fẹ́ ojú ọjọ́ (atm)
A maa n lo ni kemistri.
1 atm = 101325 Pa ≈ 101,3 kPa.
4. mmHg tabi Torr
A maa n lo o nigbagbogbo ninu titẹ ẹjẹ ati awọn idanwo igbale.
1 atm = 760 mmHg = 760 Torr.
5. ọ̀pá
Nigbagbogbo a lo ninu imọ-ẹrọ.
1 bar = 100 kPa.
Ìyípadà ẹyọ kan ṣe pàtàkì fún ìṣirò tó dúró ṣinṣin. Fún àpẹẹrẹ, tí o bá ń lo ìṣètò gaasi tó dára jùlọ tí o sì ń lo R nínú àwọn ẹyọ L·atm/mol·K, nígbà náà ìfúnpá náà yẹ kí ó wà ní atm, ìwọ̀n nínú lita, àti ìwọ̀n otútù ní Kelvin.
3. Àwọn Òfin Gáàsì Pàtàkì fún Ṣíṣírò Ìfúnpá
a) Òfin Boyle (Ìfúnpá vs Ìwọ̀n)
Òfin Boyle sọ pé ní ìwọ̀n otútù àti ìwọ̀n gáàsì tí ó dúró ṣinṣin, ìfúnpá jẹ́ ìwọ̀n tí ó yàtọ̀ sí ìwọ̀n:
P₁V₁ = P₂V₂
Alaye:
– P₁, V₁ = titẹ akọkọ ati iwọn didun
– P₂, V₂ = titẹ ikẹhin ati iwọn didun
Kókó:
Gáàsì kan wà nínú pístónì pẹ̀lú ìfúnpọ̀ 2 atm àti ìfúnpọ̀ 3 L. A máa fún gáàsì náà ní ìfúnpọ̀ títí tí ìfúnpọ̀ rẹ̀ yóò fi di 1,5 L ní ìgbóná tí ó dúró déédéé. Kí ni ìfúnpọ̀ ìkẹyìn?
Lo agbekalẹ naa:
P₁V₁ = P₂V₂
2 atm × 3 L = P₂ × 1,5 L
6 = 1,5P₂
P₂ = 4 atm
Nitorinaa, titẹ ikẹhin jẹ 4 atm.
b) Òfin Gay-Lussac (Ìfúnpá vs Ìwọ̀n otútù)
Tí ìwọ̀n àti iye gáàsì bá dúró ní ìbámu, ìfúnpá náà dọ́gba tààrà sí ìwọ̀n otútù tó péye (Kelvin):
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Alaye:
– T gbọ́dọ̀ wà ní Kelvin (K), kìí ṣe Celsius.
Kókó:
Ìfúnpá gáàsì nínú sílíńdà jẹ́ 1,5 atm ní 27°C. A máa ń gbóná sílíńdà náà sí 127°C, ṣùgbọ́n ìwọ̀n rẹ̀ kò yí padà. Kí ni ìfúnpá ìkẹyìn?
Yi iwọn otutu pada si Kelvin:
T₁ = 27 + 273 = 300 K
T₂ = 127 + 273 = 400 K
Iye:
P₁/T₁ = P₂/T₂
1,5/300 = P₂/400
P₂ = 1,5 × (400/300) = 2,0 atm
Itẹri ikẹhin jẹ 2 atm.
c) Òfin Gáàsì Àpapọ̀ (Boyle + Charles + Gay-Lussac)
Tí iye gaasi bá dúró ṣinṣin ṣùgbọ́n tí titẹ, iwọn didun, àti iwọn otutu lè yípadà:
(P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
Èyí wúlò gan-an fún àwọn ọ̀ràn tó ní í ṣe pẹ̀lú ìyípadà nínú ìwọ̀n otutu àti ìwọ̀n ní àkókò kan náà.
Kókó:
Gáàsì náà ní ìfúnpọ̀ 1 atm, ìfúnpọ̀ 2 L, àti ìfúnpọ̀ 300 K. Lẹ́yìn náà, ó yípadà sí ìfúnpọ̀ 3 L àti ìfúnpọ̀ 450 K. Kí ni ìfúnpọ̀ ìkẹyìn?
(P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂
(1 × 2)/300 = (P₂ × 3)/450
2/300 = 3P₂/450
0,00667 = 0,00667P₂
P₂ = 1 atm
Itẹ ikẹhin duro 1 atm.
4. Ṣíṣírò Ìfúnpá pẹ̀lú Ìdọ́gba Gáàsì Tó Dáadáa
Ìgbékalẹ̀ gaasi tó dára jùlọ ni àgbékalẹ̀ tó wọ́pọ̀ jùlọ fún ṣíṣírò ìfúnpá gaasi nígbà tí a bá mọ iye moles:
PV = nRT
Ti o ba fẹ lati ṣe iṣiro titẹ:
P = (nRT) / V
Alaye:
– P = titẹ
– V = iwọn didun
– n = iye awọn moles ti gaasi
– R = iduroṣinṣin gaasi
– T = iwọn otutu (K)
Iye R da lori awọn iwọn ti a lo. Awọn ti a lo julọ ni:
– R = 0,08206 L·atm/mol·K
– R = 8,314 J/mol·K (tí a bá ń lo Pa àti m³)
Kókó:
0,5 moles ti gaasi wa ninu apo 10 L ni 27°C. Kini titẹ ninu atm?
Yi iwọn otutu pada:
T = 27 + 273 = 300 K
P = nRT/V
P = (0,5 × 0,08206 × 300) / 10
P = (12,309) / 10
P = 1,2309 atm
Nítorí náà, titẹ gaasi ≈ 1,23 atm.
5. Ìfúnpá díẹ̀ nínú àwọn àdàpọ̀ gáàsì (Òfin Dalton)
Tí àpótí kan bá ní àdàpọ̀ àwọn gáàsì púpọ̀, àpapọ̀ ìfúnpọ̀ ni àròpọ̀ àwọn ìfúnpọ̀ díẹ̀ ti gáàsì kọ̀ọ̀kan:
Àròpọ̀ P = P₁ + P₂ + P₃ + …
A le ṣe iṣiro titẹ apa kan ti gaasi nipasẹ:
Pᵢ = xᵢ × P_gbogbo
níbi tí xᵢ jẹ́ ìpín mole:
xᵢ = nᵢ / n_total
Kókó:
Nínú àpótí kan, moles méjì ti N₂ àti moles kan ti O₂ ló wà. Gbogbo titẹ náà jẹ́ 3 atm. Kí ni titẹ díẹ̀ ti O₂?
n_total = 2 + 1 = 3 mol
x_O2 = 1/3
P_O2 = x_O2 × P_lapapọ = (1/3) × 3 atm = 1 atm
Titẹ apa kan ti O₂ = 1 atm.
6. Àwọn ìmọ̀ràn pàtàkì láti yẹra fún àṣìṣe nínú ìṣirò ìfúnpá gáàsì
1. Lo iwọn otutu Kelvin nigbagbogbo
T(K) = T(°C) + 273.
2. So awọn iwọn pọ mọ ṣaaju ki o to ṣe iṣiro.
Tí R bá wà ní L·atm, lo ìwọ̀n lita àti ìfúnpá atm.
3. Ṣàyẹ̀wò bóyá ìlànà náà dúró ṣinṣin
Boyle: iwọn otutu ti o duro nigbagbogbo.
Gay-Lussac: iwọn didun nigbagbogbo.
Charles: titẹ nigbagbogbo (botilẹjẹpe a ko ti jiroro ni kikun nihin).
Àwọn gáàsì tí a pàpọ̀: ohun gbogbo lè yípadà.
4. Lo idogba gaasi to dara julọ nigbati a ba mọ awọn moles.
Tí wọ́n bá fún ọ ní ìwọ̀n gáàsì kan, kọ́kọ́ yí i padà sí moles:
n = m / Ọ̀gbẹ́ni
5. Fiyèsí sí àyíká ọ̀rọ̀ ìbéèrè náà.
Fún àpẹẹrẹ, nínú páìpù tí a ti sé (iwọ̀n tí a ti dì), ìgbóná yóò mú kí ìfúnpá pọ̀ sí i gẹ́gẹ́ bí Gay-Lussac ti sọ.
Ipari
Bí a ṣe lè ṣe ìṣirò ìfúnpá gáàsì da lórí àwọn ipò ètò náà: bóyá iwọ̀n otútù náà dúró ṣinṣin, ìwọ̀n náà dúró ṣinṣin, tàbí gbogbo àwọn oníyípadà yípadà. Fún àwọn ọ̀ràn tí ó rọrùn, àwọn òfin Boyle àti Gay-Lussac wúlò. Fún àwọn ipò gbogbogbòò, ìfúnpá gáàsì àpapọ̀ àti ìfúnpá gáàsì tí ó dára jùlọ ni àwọn irinṣẹ́ pàtàkì. Tí a bá da àwọn gáàsì pọ̀, a lo òfin Dalton láti pinnu ìfúnpá àpapọ̀ àti ìpín. Nípa lílóye àwọn ìgbésẹ̀, àwọn ìpín, àti ìyípadà, o lè yanjú onírúurú ìṣòro ìfúnpá gáàsì ní kíákíá àti ní pípé.
Tí o bá fẹ́, mo lè ṣe àtúnṣe àpilẹ̀kọ yìí pẹ̀lú àwọn ìbéèrè ìdánrawò púpọ̀ sí i (bíi ìbéèrè 10 sí 15) pẹ̀lú àwọn àlàyé ìgbésẹ̀-sí-ìgbésẹ̀.
