La loi sur les gaz parfaits est une équation mathématique que vous pouvez utiliser pour résoudre les problèmes de température, de volume et de pression des gaz. Bien que l'équation soit une approximation, elle est très bonne et utile pour un large éventail de conditions. Il utilise deux formes étroitement liées qui représentent la quantité d'un gaz de différentes manières.
TL, DR (trop long, pas lu)
La loi du gaz idéal est PV = nRT , où P = pression, V = volume, n = nombre de moles de gaz, T est la température et R est une constante de proportionnalité, généralement 8,314. L'équation vous permet de résoudre des problèmes pratiques avec les gaz.
Gaz réel vs gaz naturel
Vous manipulez des gaz dans la vie quotidienne, comme l'air que vous respirez, l'hélium dans un ballon de fête ou le méthane , le "gaz naturel" que vous utilisez pour cuisiner. Ces substances ont des propriétés très similaires en commun, notamment en ce qu'elles réagissent à la pression et à la chaleur. Cependant, à très basse température, la plupart des gaz réels deviennent liquides. Par comparaison, un gaz idéal est plus une idée abstraite utile qu'une substance réelle; par exemple, un gaz parfait ne se transforme jamais en liquide, et il n'y a pas de limite à sa compressibilité. Cependant, la plupart des gaz réels sont assez proches d'un gaz idéal pour que vous puissiez utiliser la loi des gaz parfaits pour résoudre de nombreux problèmes pratiques.
Volume, température, pression et quantité
Les équations de la loi du gaz idéal avoir de la pression et du volume d'un côté du signe égal et de la quantité et de la température de l'autre. Cela signifie que le produit de la pression et du volume reste proportionnel au produit de la quantité et de la température. Si, par exemple, vous augmentez la température d'une quantité fixe de gaz dans un volume fixe, la pression doit également augmenter. Ou, si vous maintenez la pression constante, le gaz doit se dilater dans un plus grand volume.
Gaz idéal et température absolue
Pour utiliser correctement la loi du gaz parfait, vous devez utiliser des unités absolues de température . Les degrés Celsius et Fahrenheit ne fonctionneront pas parce qu'ils peuvent aller à des nombres négatifs. Les températures négatives dans la loi des gaz parfaits vous donnent une pression ou un volume négatif qui ne peut pas exister. Au lieu de cela, utilisez l'échelle de Kelvin, qui commence au zéro absolu. Si vous travaillez avec des unités anglaises et que vous voulez une échelle Fahrenheit, utilisez l'échelle de Rankine, qui commence également au zéro absolu.
Formule d'équation I
Première forme commune de l'équation de gaz parfait est, PV = nRT, où P est la pression, V est le volume, n est le nombre de moles de gaz, R est une constante de proportionnalité, typiquement 8,314, et T est la température. Pour le système métrique, utilisez les pascals pour la pression, les mètres cubes pour le volume et les Kelvins pour la température. Pour prendre un exemple, 1 mole d'hélium à 300 Kelvins (température ambiante) est inférieure à 101 kilopascals de pression (pression au niveau de la mer). Combien de volume occupe-t-il? Prenez PV = nRT, et divisez les deux côtés par P, en laissant V par lui-même sur le côté gauche. L'équation devient V = nRT ÷ P. Une mole (n) multipliée par 8,314 (R) fois 300 Kelvins (T) divisée par 101 000 pascals (P) donne 0,0247 mètre cube de volume, soit 24,7 litres.
Équation Formulaire II
Dans les classes de sciences, une autre forme d'équation de Gaz Idéal commune que vous verrez est PV = NkT. Le grand "N" est le nombre de particules (molécules ou atomes), et k est une constante de Boltzmann, un nombre qui vous permet d'utiliser le nombre de particules au lieu de moles. Notez que pour l'hélium et les autres gaz rares, vous utilisez des atomes; pour tous les autres gaz, utilisez des molécules. Utilisez cette équation de la même manière que la précédente. Par exemple, un réservoir de 1 litre contient 10 23 molécules d'azote. Si vous abaissez la température à 200 Kelvins refroidissant les os, quelle est la pression du gaz dans le réservoir? Prenez PV = NkT et divisez les deux côtés par V, en laissant P par lui-même. L'équation devient P = NkT ÷ V. Multiplier 10 23 molécules (N) par la constante de Boltzmann (1,38 x 10 -23), multiplier par 200 Kelvins (T) et ensuite diviser par 0,001 mètre cube (1 litre ) pour obtenir la pression: 276 kilopascals.
