Hukum Gas Unggul
Zarah gas sentiasa meretap merata dan melantun daripada dinding bekasnya, dan itulah yang mencipta tekanan. Mampatkan gas ke isipadu lebih kecil, panaskannya, atau tambah lebih banyak zarah gas, dan tekanan naik, kerana molekul berhimpun rapat atau bergerak lebih pantas dan menghentam dinding lebih kuat dan lebih kerap. Hukum gas unggul mengikat tekanan, isipadu, jumlah gas, dan suhu bersama dalam satu persamaan.
Formula
P · V = n · R · T
- P — tekanan (Pa): daya per unit luas yang dikenakan gas pada dinding bekasnya
- V — isipadu (m³): berapa banyak ruang yang diduduki gas
- n — jumlah bahan (mol): berapa banyak mol zarah gas yang hadir
- R — pemalar gas (J/(mol·K)): satu nombor tetap yang menghubungkan unit tekanan, isipadu, jumlah, dan suhu
- T — suhu (K): betapa panas gas itu, diukur pada skala kelvin
Contoh penyelesaian
Satu bekas menahan 1 mol gas pada suhu 300 kelvin, dimampatkan ke isipadu 3 meter padu. Berapa tekanan yang dikenakan gas itu?
- n = 1 mol
- T = 300 K
- V = 3 m³
- P = n · R · T / V
- P = (1 mol · 8.31 J/(mol·K) · 300 K) / 3 m³
P = 831 Pa
Uji diri anda
Jika suhu turun kepada 200 kelvin sementara isipadu dan jumlah gas kekal sama, berapakah tekanan baharu?
- Jawapan betul: 554 Pa
- 831 Pa
- 1662 Pa
Betul! Suhu lebih rendah bermakna tekanan lebih rendah: satu mol darab lapan perpuluhan tiga satu darab dua ratus, dibahagi tiga meter padu, sama dengan lima ratus lima puluh empat pascal.
Satu belon pada tekanan dan jumlah gas malar berganda isipadunya. Apa yang mesti berlaku pada suhunya?
- Ia kekal sama
- Jawapan betul: Ia berganda
- Ia dipotong separuh
Betul! Pada tekanan malar, isipadu dan suhu naik bersama, jadi menggandakan isipadu menggandakan suhu.
Di mana anda melihat ini
Tayar kereta membaca tekanan lebih tinggi selepas perjalanan musim panas yang panjang -- penggolekan dan pelenturan memanaskan udara di dalamnya, dan pada isipadu tetap, gas lebih panas bermakna lebih banyak hentaman dinding dan lebih banyak tekanan. Beg kerepek termeterai, sementara itu, mengembang seperti bantal pada perjalanan gunung: kurang udara luar menekan ke dalam membiarkan gas terperangkap yang sama menolak beg lebih besar.
Kesilapan biasa
Kesilapan paling merosakkan ialah memasukkan Celsius ke dalam persamaan -- suhu di sini mutlak, dalam kelvin, dan tingkah laku gas bergantung pada betapa pantas molekul benar-benar bergerak, bukan pada di mana air membeku. Yang kedua ialah memperlakukan P, V, n, dan T sebagai empat tombol bebas: dengan isipadu dan jumlah tetap, penyejukan daripada 300 K ke 200 K menurunkan tekanan dalam perkadaran tepat, P = n · R · T / V memberi (1 mol × 8.31 × 200 K) ÷ 3 m³ = 554 Pa. Ubah satu sebutan dan satu lagi mesti menuruti.
Bagaimana ia bersambung
Inilah persamaan pengasas termodinamik -- ia mentakrifkan apa maksud suhu bagi satu gas (bacaan gerakan molekul) dan bagaimana gerakan itu menjadi tekanan. Kalorimetri, seterusnya, bertanya apa kosnya dalam tenaga untuk mengubah suhu itu, dan R ialah pemala sejagat yang sama yang muncul semula di seluruh termodinamik.