Kako izračunati količino zraka

Vsebina

• TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
• Zračni tlak in prostornina: Boysov zakon
• Temperatura zraka in prostornina: Charles Law
• Tlak, temperatura in prostornina: Zakon o kombiniranem plinu
• Zakon o idealnem plinu

Predstavljajte si, da ste potapljač in morate izračunati zračno zmogljivost svojega rezervoarja. Ali si predstavljajte, da ste razstrelili balon do določene velikosti in se sprašujete, kakšen je pritisk v balonu. Ali pa predpostavimo, da primerjate čas kuhanja običajne pečice in opeke. Kje začnete?

Vsa ta vprašanja se nanašajo na količino zraka in razmerje med zračnim tlakom, temperaturo in prostornino. In ja, sorodni so! Na srečo obstaja več znanstvenih zakonov, ki so že obdelani s temi odnosi. Morate se le naučiti, kako jih uporabiti. Te zakone imenujemo zakoni o plinu.

TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)

The Zakon o plinu so:

Pravo dečkov: P₁V₁ = P₂V₂.

Charles Law: P₁ ÷ T₁ = P₂ ÷ T_2, kjer je T v Kelvinu.

Zakon o kombiniranem plinu: P₁V₁ ÷ T₁ = P₂V₂ ÷ T₂, kjer je T v Kelvinu.

Zakon o idealnem plinu: PV = nRT, (meritve v enotah SI).

Zračni tlak in prostornina: Boysov zakon

Boylesov zakon določa razmerje med količino plina in njegovim tlakom. Pomislite na to: če vzamete škatlo, polno zraka, in jo nato pritisnete na polovico svoje velikosti, se bodo molekule zraka imele manj prostora za gibanje in se bodo veliko bolj naletele drug na drugega. Ti trki molekul zraka med seboj in ob straneh posode ustvarjajo zračni tlak.

Zakon Boyles ne upošteva temperature, zato temperatura mora biti konstantna da bi ga lahko uporabili.

Pravo dečkov navaja, da se pri konstantni temperaturi prostornina določene mase (ali količine) plina spreminja obratno glede na tlak.

V obliki enačbe je to:

P₁ x V₁ = P₂ x V₂

kjer P₁ in V₁ sta začetna prostornina in tlak in P₂ in V₂ sta nova glasnost in tlak.

PrimerPredpostavimo, da oblikujete rezervoar za potapljanje, kjer je zračni tlak 3000 psi (funtov na kvadratni palec) in prostornina (ali "prostornina") rezervoarja 70 kubičnih metrov. Če se odločite, da boste raje naredili rezervoar z višjim tlakom 3500 psi, kakšen bi bil volumen rezervoarja, če predpostavimo, da ga napolnite z enako količino zraka in temperaturo ohranjate enako?

Vključite dane vrednosti v zakon Boyles:

3000 psi x 70 ft³ = 3500 psi x V₂

Poenostavite in nato izolirajte spremenljivko na eni strani enačbo:

210.000 psi x ft³ = 3500 psi x V₂

(210.000 psi x ft³ ) ÷ 3500 psi = V₂

60 ft³ = V₂

Torej bi druga različica vašega rezervoarja za potapljanje znašala 60 kubičnih metrov.

Temperatura zraka in prostornina: Charles Law

Kaj pa razmerje med prostornino in temperaturo? Zaradi višjih temperatur se molekule pospešijo, tršijo se težje in težje ob straneh posode in jih potiskajo navzven. Charles Law daje matematiko za to situacijo.

Charles Law pravi, da je pri stalnem tlaku prostornina določene mase (količine) plina neposredno sorazmerna z njeno (absolutno) temperaturo.

Or V₁ ÷ T₁ = V₂ ÷ T₂.

Za Charles Lawa mora biti tlak konstanten, temperaturo pa izmeriti v Kelvinu.

Tlak, temperatura in prostornina: Zakon o kombiniranem plinu

Kaj pa, če imate pritisk, temperaturo in glasnost skupaj v isti težavi? Tudi za to velja pravilo. The Zakon o kombiniranem plinu prevzame informacije iz Boylesovega zakona in Charlesovega zakona ter jih združi, da bi opredelil drug vidik razmerja pritisk-temperatura in volumen.

The Zakon o kombiniranem plinu navaja, da je prostornina določene količine plina sorazmerna z razmerjem njegove temperature Kelvina in njegovega tlaka. To se sliši zapleteno, ampak poglejte enačbo:

P₁V₁ ÷ T₁ = P₂V₂ ÷ T₂.

Spet je treba izmeriti temperaturo v Kelvinu.

Zakon o idealnem plinu

Končna enačba, ki se nanaša na te lastnosti plina, je Zakon o idealnem plinu. Zakon je dan z naslednjo enačbo:

PV = nRT,

kjer je P = tlak, V = prostornina, n = število molov, R je univerzalna plinska konstanta, ki je enako 0,0821 L-atm / mol-K, T pa temperatura v Kelvinu. Če želite popraviti vse enote, morate pretvoriti v SI enote, standardne merske enote v znanstveni skupnosti. Za prostornino to je liter; za tlak, atm; za temperaturo pa Kelvin (n, število molov, že v enotah SI).

Ta zakon se imenuje "idealen" zakon o plinu, ker predpostavlja, da se izračuni nanašajo na pline, ki sledijo pravilom. V ekstremnih razmerah, kot je ekstremno vroče ali hladno, lahko nekateri plini delujejo drugače, kot bi predlagal zakon o idealnem plinu, na splošno pa je varno domnevati, da bodo vaši izračuni z uporabo zakona pravilni.

Zdaj veste več načinov za izračun volumna zraka v različnih okoliščinah.