Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Закон идеального газа
- Что делать, если газ не идеален
- Как давление меняется в зависимости от температуры
В отличие от молекул в жидкости или твердом теле, те в газе могут свободно перемещаться в пространстве, в котором вы их ограничиваете. Они летают, время от времени сталкиваясь друг с другом и со стенками контейнера. Общее давление, которое они оказывают на стенки контейнера, зависит от количества энергии, которую они имеют. Они получают энергию от тепла в окружающей среде, поэтому, если температура повышается, то и давление увеличивается. На самом деле эти две величины связаны законом идеального газа.
TL; DR (слишком долго; не читал)
В жестком контейнере давление, оказываемое газом, напрямую зависит от температуры. Если контейнер не жесткий, объем и давление изменяются в зависимости от температуры в соответствии с законом идеального газа.
Закон идеального газа
Полученный в течение нескольких лет в результате экспериментальной работы ряда людей, закон идеального газа следует из закона Бойлса и закона Чарльза и Гей-Люссака. Первый утверждает, что при данной температуре (T) давление (P) газа, умноженное на объем (V), который он занимает, является постоянным. Последнее говорит нам о том, что когда масса газа (n) поддерживается постоянной, объем прямо пропорционален температуре. В своем окончательном виде закон об идеальном газе гласит:
PV = nRTгде R - постоянная, называемая постоянной идеального газа.
Если вы сохраняете массу газа и объем контейнера постоянными, это соотношение говорит о том, что давление напрямую зависит от температуры. Если бы вы должны были изобразить различные значения температуры и давления, график был бы прямой линией с положительным наклоном.
Что делать, если газ не идеален
Идеальный газ - это газ, в котором частицы считаются идеально упругими и не притягивают и не отталкивают друг друга. Более того, предполагается, что сами частицы газа не имеют объема. Хотя ни один реальный газ не удовлетворяет этим условиям, многие из них достаточно близки, чтобы сделать возможным применение этих отношений. Однако необходимо учитывать реальные факторы, когда давление или масса газа становится очень высоким или объем и температура становятся очень низкими. Для большинства применений при комнатной температуре закон идеального газа обеспечивает достаточно хорошее приближение поведения большинства газов.
Как давление меняется в зависимости от температуры
Пока объем и масса газа постоянны, соотношение между давлением и температурой становится равным P = KT, где K - постоянная, полученная из объема, числа молей газа и постоянной идеального газа. Если вы поместите газ, который соответствует идеальным газовым условиям, в контейнер с жесткими стенками, чтобы объем не мог измениться, запечатайте контейнер и измерьте давление на стенках контейнера, вы увидите, что он уменьшается по мере понижения температуры. Поскольку эта зависимость линейна, вам просто нужно два значения температуры и давления, чтобы нарисовать линию, из которой вы можете экстраполировать давление газа при любой данной температуре.
Это линейное соотношение нарушается при очень низких температурах, когда несовершенная упругость молекул газа становится достаточно важной, чтобы повлиять на результаты, но давление все равно будет уменьшаться при понижении температуры. Соотношение также будет нелинейным, если молекулы газа достаточно велики, чтобы исключить классификацию газа как идеального.