Ìbáṣepọ̀ láàrin Títẹ àti Ìwọ̀n Òtútù
Ìfúnpá àti ìgbóná jẹ́ ìwọ̀n ara méjì tí ó ní ìbáṣepọ̀ tímọ́tímọ́, pàápàá jùlọ nígbà tí a bá ń sọ̀rọ̀ nípa àwọn gáàsì. Nínú ìgbésí ayé ojoojúmọ́, ìbáṣepọ̀ láàárín àwọn méjèèjì ni a lè rí nínú àwọn táyà ọkọ̀ tí ó nímọ̀lára “líle” lẹ́yìn lílo fún ìgbà pípẹ́, àwọn agolo aerosol tí kò yẹ kí a gbóná, àti àwọn ohun èlò ìfúnpá tí ó ń mú kí ìlànà sísè yára. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ó dàbí ohun tí ó rọrùn, ìbáṣepọ̀ láàárín ìfúnpá àti ìgbóná ní ìpìlẹ̀ ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì tí ó lágbára nínú ìmọ̀ ìjìnlẹ̀ nípa àwọn gáàsì àti àwọn òfin thermodynamics. Àpilẹ̀kọ yìí jíròrò bí ìfúnpá àti ìgbóná ṣe ní ipa lórí ara wọn, àwọn ìlànà tí ó ṣàlàyé èyí, àti àwọn àpẹẹrẹ ìlò rẹ̀.
Lílóye àwọn èrò ìpìlẹ̀: ìfúnpá àti iwọ̀n otútù
A túmọ̀ titẹ sí agbára fún agbègbè kọ̀ọ̀kan. Nínú àyíká àwọn gáàsì, titẹ máa ń dìde nítorí pé àwọn molecule gáàsì máa ń rìn láìròtẹ́lẹ̀ wọ́n sì máa ń dojúkọ àwọn ògiri àpótí náà. Bí àwọn ìkọlù wọ̀nyí bá ṣe ń pọ̀ sí i tí wọ́n sì ń le sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni titẹ náà ṣe máa ń pọ̀ sí i. Ẹ̀yà SI ti titẹ ni pascal (Pa), ṣùgbọ́n ní ìṣe, afẹ́fẹ́ (atm), bar, tàbí mmHg ni a sábà máa ń lò.
Iwọn otutu jẹ́ ìwọ̀n agbára kinetic apapọ ti awọn patikulu ti o parapo nkan kan. Bi iwọn otutu ṣe n dide, awọn patikulu naa n lọ ni iyara; bi iwọn otutu ṣe n dinku, išipopada wọn n lọ silẹ. Iwọn otutu SI ni kelvin (K), botilẹjẹpe iwọn Celsius (°C) ni a maa n lo ni igbesi aye ojoojumọ. Ninu iṣiro awọn gaasi ti o dara julọ, kelvin ṣe pataki nitori iwọn naa bẹrẹ ni odo pipe (0 K), aaye ti agbara kinetic ti awọn patikulu jẹ ni o kere julọ.
Àjọṣepọ̀ láàrín ìfúnpá àti iwọ̀n otútù yóò hàn kedere tí a bá so àwọn ìtumọ̀ méjì tí a kọ lókè pọ̀: iwọ̀n otútù ló ń pinnu bí àwọn iwọ̀n tó ń yára gbéra, nígbà tí ìfúnpá dúró lórí ipa àwọn iwọ̀n tó ń kó sí ògiri ikòkò náà. Bí àwọn iwọ̀n tó ń kóra ṣe ń yára (bí iwọ̀n otútù ṣe ń pọ̀ sí i), ìkọlù máa ń pọ̀ sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni ìfúnpá máa ń pọ̀ sí i—bí ó bá jẹ́ pé iwọ̀n tó ń kóra kò yí padà, dájúdájú.
Ìmọ̀ nípa ìdàgbàsókè: kí ló dé tí ìfúnpá fi ń pọ̀ sí i bí iwọ̀n otútù ṣe ń pọ̀ sí i?
Gẹ́gẹ́ bí ìlànà ìwádìí nípa àwọn gáàsì, àwọn gáàsì ní àwọn èròjà tí ń rìn láìròtẹ́lẹ̀ tí wọ́n sì ń dojúkọ ara wọn. Ní ìwọ̀n otútù gíga, agbára ìṣiṣẹ́ àpapọ̀ àwọn èròjà náà ń pọ̀ sí i. Nítorí náà:
1. Ìgbésẹ̀ ìkọlù pọ̀ sí i: àwọn èròjà máa ń rìn kíákíá kọjá àyè inú àpótí náà, nítorí náà wọ́n máa ń kọlu àwọn ògiri nígbà gbogbo.
2. Ìfẹ́ ipa náà pọ̀ sí i: nígbà tí èérún náà bá yára sí i, ìyípadà nínú agbára rẹ̀ nígbà tí ó bá ń fò sókè pẹ̀lú máa ń pọ̀ sí i.
3. Àròpọ̀ ìfúnpọ̀ ń pọ̀ sí i: nítorí pé ìfúnpọ̀ jẹ́ àbájáde agbára tí ó kójọpọ̀ ti ipa pàǹtírì lórí àwọn ògiri àpótí náà.
Láti ojú ìwòye yìí, ìbáṣepọ̀ láàárín ìfúnpá àti iwọ̀n otútù kìí ṣe àgbékalẹ̀ lásán, ṣùgbọ́n ó jẹ́ àbájáde tààrà ti ìṣípo kékeré ti àwọn èròjà.
Ofin Gay-Lussac: titẹ jẹ ibamu taara si iwọn otutu (iwọn didun nigbagbogbo)
Fún gaasi nínú àpótí tí a ti dì tí ó ní ìwọ̀n tí ó dúró ṣinṣin (fún àpẹẹrẹ, sílíńdà gaasi tàbí ago aerosol), ìbáṣepọ̀ láàrín ìfúnpá àti iwọ̀n otutu ni a fi hàn nípasẹ̀ òfin Gay-Lussac:
\[
\frac{P}{T} = dúró ṣinṣin
\]
tabi ni irisi ipo meji:
\[
\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}
\]
Níbí \(P\) ni titẹ ati \(T\) ni iwọn otutu ni Kelvin. Ofin yii sọ pe titẹ gaasi jẹ deede taara si iwọn otutu pipe ti iwọn didun ati nọmba awọn moles ti gaasi ba duro deede. Eyi tumọ si pe ti iwọn otutu (ninu K) ba pọ si ilọpo meji, titẹ naa tun pọ si ilọpo meji.
Àpẹẹrẹ kan tó rọrùn: tí páìpù tó ní gáàsì bá wà ní 300 K pẹ̀lú ìfúnpọ̀ 1 atm, nígbà náà ni ìgbóná yóò ga sí 360 K, nígbà náà ni ìfúnpọ̀ yóò di:
\[
P_2 = P_1 \igba \frac{T_2}{T_1} = 1 \igba \frac{360}{300} = 1{,}2 \text{ atm}
\]
Ìbísí 20% yìí lè dàbí ohun kékeré, ṣùgbọ́n lábẹ́ àwọn ipò kan ó lè léwu, pàápàá jùlọ bí a kò bá ṣe sílíńdà náà láti kojú ìfúnpá gíga.
Ofin gaasi to dara julọ: ibatan gbogbogbo ti P, V, ati T
Láti lóye ìbáṣepọ̀ láàrín titẹ àti iwọ̀n otutu ní kíkún sí i, a lo ìṣètò gaasi tó dára jùlọ:
\[
PV = nRT
\]
Pẹ̀lú:
– \(P\) = titẹ
– \(V\) = iwọn didun
– \(n\) = iye awọn moles ti gaasi
– \(R\) = iduroṣinṣin gaasi to dara julọ
– \(T\) = iwọn otutu pipe (K)
Tí \(n\) àti \(V\) bá wà ní ìtúnṣe, nígbà náà:
\[
P \propto T
\]
Èyí padà sí òfin Gay-Lussac. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn gáàsì tó dára jùlọ tún fihàn pé ìbáṣepọ̀ láàárín ìfúnpá àti iwọ̀n otutu lè yípadà tí iwọ̀n bá yípadà. Fún àpẹẹrẹ, nínú bálọ́nù onírọ̀rùn, nígbà tí iwọ̀n bá pọ̀ sí i, bálọ́nù náà lè fẹ̀ sí i (tí iwọ̀n bá pọ̀ sí i), nítorí náà ìfúnpá náà kì í sábà pọ̀ sí i bí ó ti wà nínú àpótí líle.
Ipa ti iwọn didun: kilode ti gbogbo awọn eto ko ni iriri titẹ kanna?
Ní ayé gidi, ọ̀pọ̀ àpótí kò le koko rárá. Tí a bá gbóná gáàsì, ìdáhùn méjì ló ṣeé ṣe:
1. Iwọn didun ti a ti ṣeto (apoti lile): titẹ pọ si ni pataki.
2. Ìwọ̀n ìgbóná (àpótí tó rọrùn): díẹ̀ lára àwọn “ìpa” ìgbóná máa ń yípadà sí ìwọ́n ìgbóná, nítorí náà, ìfúnpá náà lè pọ̀ sí i díẹ̀, ó lè dúró bákan náà, tàbí ó lè pọ̀ sí i ṣùgbọ́n kò pọ̀ tó bí ó ti rí ní ti ìwọ̀n ìgbóná tó dúró.
Àpẹẹrẹ kan ni bálúùnì afẹ́fẹ́ gbígbóná. Afẹ́fẹ́ inú bálúùnì náà ni a gbóná, èyí tí ó ń mú kí ìwọ̀n rẹ̀ dínkù, tí ó ń fẹ̀ sí bálúùnì náà, tí ó sì ń mú kí ìfúnpọ̀ rẹ̀ pọ̀ sí i. Ìfúnpọ̀ inú bálúùnì náà máa ń sún mọ́ ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́ nítorí pé bálúùnì náà ṣí sílẹ̀ ní ìsàlẹ̀ (tàbí ó ní ẹ̀rọ kan tí ó ń dènà ìfúnpọ̀ náà láti pọ̀ sí i gidigidi). Nítorí náà, ìgbóná ní pàtàkì ní ipa lórí ìwọ̀n àti ìfúnpọ̀, dípò kí ó mú kí ìfúnpọ̀ náà pọ̀ sí i gidigidi.
Àpẹẹrẹ ìlò nínú ìgbésí ayé ojoojúmọ́
1. Àwọn taya ọkọ̀
Ìfúnpá táyà lè pọ̀ sí i lẹ́yìn ìrìn àjò gígùn kan. Ìfọ́mọ́ra láàárín táyà àti ọ̀nà àti ìyípadà ń mú ooru jáde, èyí tí ó ń mú kí iwọ̀n otútù inú táyà náà pọ̀ sí i. Nítorí pé ìwọ̀n táyà náà dúró ní ìwọ̀n kan náà (bó tilẹ̀ jẹ́ pé ó máa ń yípadà díẹ̀), ìfúnpá náà máa ń pọ̀ sí i nígbẹ̀yìn-gbẹ́yín. Ìdí nìyí tí a fi ń ṣe ìwọ̀n ìfúnpá táyà nígbà tí àwọn táyà bá “tútù.”
2. Àwọn agolo aerosol
Àwọn agolo aerosol ní àwọn gáàsì àti omi tí a fi ẹ̀rọ tẹ̀. Nígbà tí a bá gbóná, iwọ̀n otútù gáàsì náà yóò ga sí i, ìfúnpá náà yóò sì pọ̀ sí i. Nítorí pé agolo náà le koko, ó sì di, ipò náà sún mọ́ ìwọ̀n tí ó wà ní ìpele tí ó dúró ṣinṣin, èyí tí yóò jẹ́ kí ìfúnpá náà pọ̀ sí i gidigidi. Ìdí nìyí tí a fi sábà máa ń lo àwọn ìkìlọ̀ “má ṣe jóná” tàbí “má ṣe tọ́jú sí àwọn ibi gbígbóná.”
3. Ohun èlò ìtọ́jú ẹ̀rọ ìfúnpá
Àwọn ohun èlò ìgbóná tí a fi ń ṣe ìfúnpọ̀ ń ṣiṣẹ́ nípa mímú kí ìfúnpọ̀ omi inú ìkòkò náà pọ̀ sí i. Bí ìfúnpọ̀ náà ṣe ń pọ̀ sí i, omi náà tún ń gbóná sí i, èyí tó ń jẹ́ kí oúnjẹ lè gbóná ní ìwọ̀n otútù tó ga ju 100°C lọ láìsí pé omi náà ń yọ́ kíákíá. Níbí, ìbáṣepọ̀ ìwọ̀n otútù àti ìwọ̀n otútù ní í ṣe pẹ̀lú ìwọ̀n ìpele (omi omi àti èéfín), kì í ṣe àwọn gáàsì tó dára nìkan, ṣùgbọ́n ìlànà gbogbogbòò ṣì wà: àwọn ètò tí a fi ń ṣe ìfúnpọ̀ ń jẹ́ kí ìwọ̀n otútù iṣẹ́ tó ga jù.
4. Awọn eto itutu ati AC
Nínú ìyípo ìtútù, afẹ́fẹ́ náà máa ń ní ìfúnpọ̀ àti fífẹ̀ sí i. Nígbà tí a bá fún un, ìfúnpọ̀ rẹ̀ máa ń pọ̀ sí i, otútù rẹ̀ sì máa ń pọ̀ sí i. Afẹ́fẹ́ náà á wá tú ooru sí àyíká, yóò sì yí padà ní ìpele kan. Ìbáṣepọ̀ láàárín ìfúnpọ̀ àti otútù nínú afẹ́fẹ́ ṣe pàtàkì sí bí ètò náà ṣe ń ṣiṣẹ́ dáadáa àti ààbò.
Awọn ipo gidi: awọn iyapa lati gaasi ti o dara julọ
Òfin Gay-Lussac àti ìṣètò gáàsì tó dára jùlọ ló péye jùlọ ní àwọn ìfúnpọ̀ kékeré àti àwọn iwọ̀n otútù gíga, nígbà tí a lè fojú fo ìbáṣepọ̀ àárín mólékùùlù. Ní àwọn ìfúnpọ̀ gíga tàbí iwọ̀n otútù kékeré, àwọn gáàsì gidi lè yà kúrò nítorí:
- awọn agbara ifamọra intermolecular,
- iwọn molikula ti a ko le foju kọ,
– ìṣeéṣe ti condensation sunmọ aaye saturation.
Lábẹ́ àwọn ipò wọ̀nyí, ìbáṣepọ̀ láàrín ìfúnpá àti iwọ̀n otútù ṣì wà, ṣùgbọ́n àgbékalẹ̀ náà nílò àwòṣe gáàsì gidi kan (fún àpẹẹrẹ, ìfojúsùn Van der Waals) tàbí ìwádìí ìwádìí.
Ipari
Àjọṣepọ̀ láàárín titẹ àti iwọn otutu jẹ́ èrò pàtàkì nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ àti ìmọ̀-ẹ̀rọ. Ní ti ohun tí a lè fojú rí, iwọn otutu ń pinnu iyára tí àwọn èròjà gaasi ń gbé, nígbà tí titẹ ń dìde láti ipa àwọn èròjà lórí ògiri àpótí náà. Nínú àpótí tí ó ní ìwọ̀n tí ó dúró ṣinṣin, titẹ jẹ́ ìwọ̀n tààrà sí iwọ̀n otutu pípé, gẹ́gẹ́ bí òfin Gay-Lussac ti sọ. Nípa lílo ìṣètò gaasi tí ó dára jùlọ, a rí i pé ìbáṣepọ̀ yìí tún sinmi lórí iwọ̀n àti iye gaasi. Àwọn ohun tí a lè lò ó jẹ́ gbòòrò, láti àwọn taya ọkọ̀ àti àwọn aerosol sí àwọn ohun èlò ìfúntí àti àwọn ètò ìtura. Lílóye ìbáṣepọ̀ láàárín titẹ àti iwọ̀n otutu kìí ṣe pé ó ń ràn wá lọ́wọ́ láti ṣírò iye ti ara nìkan ṣùgbọ́n ó tún ń mú ààbò àti ìṣiṣẹ́ ti ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìmọ̀-ẹ̀rọ ojoojúmọ́ sunwọ̀n sí i.
