Hoe verandert de druk van een ideaal gas?

Ideaal gas is een fysiek gasmodel van gas. Dit model houdt praktisch geen rekening met de interactie van moleculen met elkaar. Het wordt gebruikt om het gedrag van gassen vanuit wiskundig oogpunt te beschrijven. Dit model veronderstelt de volgende eigenschappen van gas:

• de grootte van de moleculen is groter dan de afstand tussen de moleculen;
• moleculen zijn ronde ballen;
• De moleculen worden alleen na de botsing van elkaar en van de wanden van het vat afgestoten. De botsingen zijn perfect elastisch;
• moleculen bewegen in overeenstemming met de wetten van Newton.

Er zijn verschillende soorten ideaal gas:

• classic;
• quantum (beschouwt een ideaal gas in omstandigheden van het verlagen van de temperatuur en het vergroten van de afstand tussen moleculen);
• in het zwaartekrachtsveld (hij beschouwt veranderingen in de eigenschappen van een ideaal gas in een zwaartekrachtveld).

Hieronder zullen we het klassieke ideale gas beschouwen.

Hoe de druk van een ideaal gas bepalen?

De fundamentele afhankelijkheid van alle ideale gassen wordt uitgedrukt met behulp van de Mendeleev-Clapeyron-vergelijking.

PV = (m / M) • RT [Formule 1]

waarbij:

• P is de druk. Maateenheid - Pa (Pascal)
• R = 8.314 is de universele gasconstante. De maateenheid is (J / mol • K)
• T is de temperatuur
• V is het volume
• m is de massa van het gas
• M is de molaire massa van het gas. De meeteenheid is (g / mol).

P = nkT [Formule 2]

Formule 2 laat zien dat de druk van een ideaal gas afhangt van de concentratie van moleculen en temperatuur. Als we rekening houden met de singulariteiten van een ideaal gas, dan wordt n bepaald door de formule:

n = mNa / MV [Formule 3]

waarbij:

• N is het aantal moleculen in het vat
• N_en - constante Avogadro

Vervanging van formule 3 in formule 2, we krijgen:

• PV = (m / M) Na kT [Formule 4]
• k * N_en = R [Formule 5]

De constante R is een constante voor één mol gas in de Mendeleev-Clapeyron-vergelijking (we herinneren eraan dat bij constante druk en temperatuur 1 mol verschillende gassen hetzelfde volume inneemt).

We berekenen nu de drukvergelijking voor een ideaal gas

m / M = v [formule 6]

• waar v - hoeveelheden materie. Maateenheid is mol

We verkrijgen de drukverhouding van een ideaal gas, de formule wordt hieronder gegeven:

P = νRT / V [formule 7]

• waar P de druk is. Maateenheid - Pa (Pascal)
• R = 8.314 is de universele gasconstante. De maateenheid is (J / mol • K)
• T is de temperatuur
• V is het volume.

Hoe zal de druk van een ideaal gas veranderen?

Als we de gelijkheid 7 analyseren, kunnen we zien dat de druk van een ideaal gas evenredig is aan de verandering in temperatuur en concentratie.

In de staat van een ideaal gas zijn alle parameters waar dit van afhankelijk is mogelijk en sommige kunnen veranderen. Laten we de meest waarschijnlijke situaties bekijken:

• Isotherm proces. Dit proces wordt gekenmerkt door het feit dat de temperatuur daarin constant zal zijn (T = const). Als we in vergelijking 1 een constante temperatuur vervangen, zien we dat de waarde van het product P * V ook constant zal zijn.
  • PV = const [formule 8]

Vergelijking 8 toont de relatie tussen volumegas en de druk ervan bij een constante temperatuur. Deze vergelijking werd in de 17e eeuw ontdekt door de experimentalisten van natuurkundigen Robert Boyle en Edm Mariott. De vergelijking werd genoemd in hun eer door de wet van Boyle-Mariott.

• Isochorisch proces. In dit proces blijven het volume, de massa van het gas en zijn molaire massa constant. V = const, m = const, M = const. Zo verkrijgen we de druk van een ideaal gas. De formule wordt hieronder getoond:
  • P = P₀AT [formule 9]
  • Waarbij: P de gasdruk bij absolute temperatuur is,
  • P₀ - gasdruk bij een temperatuur van 273 K (0 ° C),
  • A is de temperatuurcoëfficiënt van de druk. A = (1 / 273.15) K^-1

Deze afhankelijkheid werd in de 19e eeuw ontdekt door de experimentele fysicus Charles. Daarom is de vergelijking de naam van zijn schepper - de wet van Charles.

Het isochore proces kan worden waargenomen als het gas met een constant volume wordt verwarmd.

• Isobaar proces. Voor dit proces zijn de druk, de massa van het gas en zijn molaire massa constant. P = const, m = const, M = const. De vergelijking van het isobare proces heeft de vorm:
  • V / T = const of V = V₀AT [Formule 10]
  • waar: V₀ - gasvolume bij een temperatuur van 273 K (0 ° C);
  • A = (1 / 273.15) K^-1.

In deze formule fungeert de coëfficiënt A als een temperatuurcoëfficiënt voor de volumetrische expansie van het gas.

Deze afhankelijkheid werd in de 19e eeuw ontdekt door de natuurkundige Joseph Gay-Lussac. Dat is de reden waarom deze gelijkheid zijn naam draagt ​​- de wet van Guy-Lussac.

Als we een glazen fles nemen die verbonden is met een buis, waarvan de opening bedekt is met een vloeistof, en om de structuur te verwarmen, kunnen we het isobare proces observeren.

Het is vermeldenswaard dat lucht bij kamertemperatuur eigenschappen heeft die vergelijkbaar zijn met het ideale gas.