Komprimering av en gas initierar förändringar i dess egenskaper. Eftersom du komprimerar den minskar volymen utrymme som gasen upptar, men mycket mer händer än bara detta. Kompression ändrar även gasens temperatur och tryck, beroende på situationens särdrag. Du kan förstå förändringarna som sker med hjälp av en viktig lag i fysiken som kallas den ideala gaslagen. Den här lagen förenklar den verkliga processen något, men den är användbar i många olika situationer.
Under komprimering, volymen (V) av en gas minskar. När detta händer ökar gasens tryck (P) om antalet mol (n) av gas förblir konstant. Om du håller trycket konstant, sänker temperaturen (T) också att gasen komprimeras.
Den idealiska gaslagen är den viktigaste informationen som behövs för att svara på frågor relaterade till expansion eller komprimering av en gas. Det står: PV = nRT. Kvantiteten R är den universella gaskonstanten och har värdet R= 8,3145 J / mol K.
Den ideala gaslagen förklarar vad som händer med en förenklad modell av en gas i en rad olika situationer. Fysiker kallar en gas ”ideal” när molekylerna som den består av inte interagerar utöver att studsa av varandra som små bollar. Detta fångar inte den exakta bilden, men för de flesta situationer som du stöter på gör lagen bra förutsägelser oavsett. Den idealiska gaslagen förenklar en annars komplicerad situation, så det är lätt att göra förutsägelser om vad som kommer att hända.
Den ideala gaslagen relaterar temperaturen (T), antalet mol av gasen (n), volymen av gasen (V), och gasens tryck (P) till varandra, med en konstant som kallas den universella gaskonstanten (R = 8,3145 J/mol K). Lagen säger:
PV = nRT
Tips
För att använda denna lag anger du temperaturerna i Kelvin, vilket är enkelt eftersom 0 grader C är 273 K, och att lägga till en extra grad ökar bara temperaturen i Kelvin med en. Kelvin är som Celsius förutom att -273 grader C är startpunkten för 0 K.
Du måste också uttrycka mängden gas i mol. Dessa används vanligtvis inom kemi, och en mol är den relativa atommassan för gasmolekylen men i gram.
Komprimera en Idealisk gas
Att komprimera något minskar dess volym, så när du komprimerar en gas minskar dess volym. Att omorganisera den ideala gaslagen visar hur detta påverkar andra egenskaper hos gasen:
V= nRT / P
Denna ekvation är alltid sann. Om du komprimerar ett fast antal mol gas, och du gör detta i en isoterm process (en som håller sig vid samma temperatur), måste trycket öka för att ta hänsyn till den mindre volymen till vänster om ekvationen. På samma sätt, när du kyler en gas (reducerar T) vid ett fast tryck, minskar dess volym – den komprimeras.
Om du komprimerar en gas utan att begränsa temperaturen eller trycket måste förhållandet mellan temperatur och tryck minska. Om du någon gång blir ombedd att utarbeta något sådant här kommer du förmodligen att få mer information för att göra processen enklare.
Ändra trycket hos en idealisk gas
Idealgaslagen avslöjar vad som händer när man ändrar trycket på en idealgas på samma sätt som lagen gjorde för volymen. Men att använda ett annat tillvägagångssätt visar hur den ideala gaslagen kan användas för att hitta okända kvantiteter. Omläggning av lagen ger:
PV/ T = nR
Här, R är en konstant och om mängden gas förblir densamma, så är n. Med hjälp av subscripts märker du starttryck, volym och temperatur i och de sista f. När processen är klar är det nya trycket, volymen och temperaturen fortfarande relaterade enligt ovan. Så du kan skriva:
PiVi/Ti=nR=P
fVf/ Tf
Detta betyder:
PiVi/ Ti= Pf Vf/ Tf
Denna relation är användbar i många situationer. Om du ändrar trycket men med en fast volym, då Vi och V fär desamma, så de avbryter, och du har kvar: Pi/Ti= Pf / Tf Som betyder: Pf/Pi=Tf/Ti
Så om sluttrycket är dubbelt så stor som initialtrycket måste sluttemperaturen också vara dubbelt så stor som initialtemperaturen. Ökning av trycket ökar gasens temperatur.
Om du håller temperaturen oförändrad men ökar trycket avbryts istället temperaturerna, och du har kvar:
PiVi= Pf Vf
Som du kan ordna om:
Pi/Pf=Vf/Vi
Detta visar hur en förändring av trycket påverkar en viss mängd gas i en isoterm process utan begränsningar av volymen. Om du ökar trycket minskar volymen och om du minskar trycket ökar volymen.
