การลดลงของอุณหภูมิมีผลต่อความดันของก๊าซที่บรรจุอยู่ได้อย่างไร

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• กฎหมายแก๊สอุดมคติ
• เกิดอะไรขึ้นถ้าแก๊สไม่เหมาะ
• ความดันแปรผันตามอุณหภูมิอย่างไร

เมื่อเทียบกับโมเลกุลในของเหลวหรือของแข็งพวกที่อยู่ในก๊าซสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในพื้นที่ที่คุณ จำกัด พวกเขา พวกมันบินไปมาปะทะกันเป็นครั้งคราวและผนังภาชนะ ความดันรวมที่พวกเขากระทำบนผนังภาชนะขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่มี พวกเขาได้รับพลังงานจากความร้อนในบริเวณโดยรอบดังนั้นหากอุณหภูมิสูงขึ้นแรงดันก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ในความเป็นจริงทั้งสองปริมาณมีความเกี่ยวข้องโดยกฎหมายก๊าซอุดมคติ

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

ในภาชนะแข็งความดันที่กระทำโดยก๊าซจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ หากภาชนะไม่แข็งทั้งปริมาตรและความดันจะแปรผันตามอุณหภูมิตามกฎหมายแก๊สในอุดมคติ

กฎหมายแก๊สอุดมคติ

ได้รับมาเป็นเวลาหลายปีผ่านงานทดลองของบุคคลจำนวนมากกฎหมายแก๊สอุดมคติตามกฎหมาย Boyles และกฎหมาย Charles and Gay-Lussac อดีตระบุว่าที่อุณหภูมิที่กำหนด (T) ความดัน (P) ของก๊าซคูณด้วยปริมาตร (V) มันมีค่าคงที่ ด้านหลังบอกเราว่าเมื่อมวลของก๊าซ (n) คงที่ปริมาณจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิ ในรูปแบบสุดท้ายกฎหมายก๊าซอุดมคติระบุว่า:

PV = nRTที่ R คือค่าคงที่ที่เรียกว่าค่าคงที่ของก๊าซอุดมคติ

หากคุณรักษามวลของก๊าซและปริมาตรของภาชนะคงที่ความสัมพันธ์นี้จะบอกคุณว่าความดันจะแปรผันตามอุณหภูมิโดยตรง ถ้าคุณทำกราฟอุณหภูมิและความดันต่าง ๆ กราฟจะเป็นเส้นตรงที่มีความชันเป็นบวก

เกิดอะไรขึ้นถ้าแก๊สไม่เหมาะ

แก๊สอุดมคติคือก๊าซที่มีความยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์และไม่ดึงดูดหรือผลักกัน ยิ่งไปกว่านั้นอนุภาคของก๊าซเองก็ถือว่าไม่มีปริมาตร ในขณะที่ไม่มีก๊าซจริงตอบสนองเงื่อนไขเหล่านี้หลายคนเข้ามาใกล้พอที่จะทำให้ความสัมพันธ์นี้เป็นไปได้ อย่างไรก็ตามคุณต้องพิจารณาปัจจัยในโลกแห่งความเป็นจริงเมื่อความดันหรือมวลของก๊าซสูงมากหรือปริมาตรและอุณหภูมิต่ำมาก สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิห้องกฎหมายเกี่ยวกับก๊าซในอุดมคติให้การประมาณค่าที่ดีพอสำหรับพฤติกรรมของก๊าซส่วนใหญ่

ความดันแปรผันตามอุณหภูมิอย่างไร

ตราบใดที่ปริมาณและมวลของก๊าซคงที่ความสัมพันธ์ระหว่างความดันและอุณหภูมิจะกลายเป็น P = KT โดยที่ K คือค่าคงที่ที่ได้มาจากปริมาตรจำนวนโมลของก๊าซและค่าคงที่ของก๊าซอุดมคติ หากคุณใส่ก๊าซที่ตอบสนองสภาวะก๊าซอุดมคติในภาชนะที่มีผนังแข็งเพื่อให้ปริมาตรไม่สามารถเปลี่ยนแปลงให้ปิดผนึกภาชนะและวัดความดันบนผนังภาชนะคุณจะเห็นว่ามันลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง เนื่องจากความสัมพันธ์นี้เป็นแบบเชิงเส้นคุณเพียงแค่ต้องอ่านค่าอุณหภูมิและแรงดันสองค่าเพื่อวาดเส้นที่คุณสามารถคาดการณ์ความดันของก๊าซที่อุณหภูมิใดก็ตาม

ความสัมพันธ์เชิงเส้นนี้จะแตกสลายที่อุณหภูมิต่ำมากเมื่อความยืดหยุ่นที่ไม่สมบูรณ์ของโมเลกุลก๊าซมีความสำคัญพอที่จะส่งผลต่อผลลัพธ์ แต่ความดันจะยังคงลดลงเมื่อคุณลดอุณหภูมิลง ความสัมพันธ์จะไม่เป็นเชิงเส้นด้วยถ้าโมเลกุลของก๊าซมีขนาดใหญ่พอที่จะแยกประเภทของก๊าซในอุดมคติ