Imaginez que vous êtes un plongeur autonome et que vous devez calculer la capacité d'air de votre réservoir. Ou imaginez que vous avez fait exploser un ballon à une certaine taille et que vous vous demandez à quoi ressemble la pression à l'intérieur du ballon. Ou supposez que vous comparez les temps de cuisson d'un four ordinaire et d'un four grille-pain. Par où commencer?
Toutes ces questions ont à voir avec le volume d'air et la relation entre la pression atmosphérique, la température et le volume. Et oui, ils sont liés! Heureusement, un certain nombre de lois scientifiques ont déjà été élaborées pour gérer ces relations. Il vous suffit d'apprendre à les appliquer. Nous appelons ces lois les lois des gaz.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les lois des gaz sont:
la loi de Boyle: P 1V 1 \u003d P 2V 2. Loi de Charles: P 1 ÷ T 1 \u003d P 2 ÷ T 2, où T est en Kelvin. Loi des gaz combinés: P 1V 1 ÷ T 1 \u003d P 2V 2 ÷ T 2, où T est en Kelvin. Loi du gaz idéal: PV \u003d nRT, (mesures en unités SI). La loi de Boyle définit la relation entre un volume de gaz et sa pression. Pensez à ceci: si vous prenez une boîte pleine d'air et que vous la pressez ensuite jusqu'à la moitié de sa taille, les molécules d'air auront moins d'espace pour se déplacer et se heurteront beaucoup plus. Ces collisions de molécules d'air entre elles et avec les côtés du récipient créent la pression atmosphérique. La loi de Boyle ne tient pas compte de la température, la température doit donc être constante La loi de Boyle stipule qu'à température constante, le volume d'une certaine masse (ou quantité) de gaz varie inversement avec la pression. En forme d'équation, c'est : P 1 x V 1 \u003d P 2 x V 2 où P 1 et V 1 sont les volume et pression initiaux et P 2 et V 2 sont les nouveaux volumes et pressions. Exemple: supposons que vous conceviez un réservoir de plongée où la pression de l'air est de 3000 psi (livres par pouce carré) et le volume (ou la "capacité") du réservoir est de 70 pieds cubes. Si vous décidez que vous préférez faire un réservoir avec une pression plus élevée de 3500 psi, quel serait le volume du réservoir, en supposant que vous le remplissez avec la même quantité d'air et que la température reste la même? Branchez les valeurs données dans la loi de Boyle: 3000 psi x 70 ft 3 \u003d 3500 psi x V 2 Simplifiez, puis isolez la variable d'un côté de l'équation: 210000 psi x ft 3 \u003d 3500 psi x V 2 (210,000 psi x ft 3) ÷ 3500 psi \u003d V 2 60 ft 3 \u003d V 2 Donc la deuxième version de votre bouteille de plongée serait de 60 pieds cubes. Qu'en est-il de la relation entre le volume et la température? Des températures plus élevées accélèrent les molécules, entrant en collision de plus en plus avec les côtés de leur récipient et le poussant vers l'extérieur. La loi de Charles donne le calcul de cette situation. La loi de Charles déclare qu'à pression constante, le volume d'une masse (quantité) de gaz donnée est directement proportionnel à sa température (absolue). Ou V 1 ÷ T 1 \u003d V 2 ÷ T 2. Pour la loi de Charles, la pression doit être maintenue constante et la température doit être mesuré en Kelvin. Maintenant, que se passe-t-il si vous avez la pression, la température et le volume tous ensemble dans le même problème? La loi combinée sur le gaz prend les informations de la loi de Boyle et de la loi de Charles et les relie pour définir un autre aspect de la relation pression-température-volume. La loi combinée sur le gaz stipule que le volume d'une quantité donnée de le gaz est proportionnel au rapport de sa température Kelvin et de sa pression. Cela semble compliqué, mais regardez l'équation: P 1V 1 ÷ T 1 \u003d P 2V 2 ÷ T 2. Encore une fois, la température doit être mesurée en Kelvin. Une dernière équation reliant ces propriétés d'un gaz est la loi du gaz idéal. La loi est donnée par l'équation suivante: PV \u003d nRT, où P \u003d pression, V \u003d volume, n \u003d nombre de moles, R est la constante de gaz universelle, ce qui équivaut à 0,0821 L-atm /mole-K, et T est la température en Kelvin. Afin d'obtenir toutes les unités correctes, vous devrez convertir en unités SI, les unités de mesure standard au sein de la communauté scientifique. "For volume, that's liters;", 3, [[pour la pression, atm; et pour la température, Kelvin (n, le nombre de moles, est déjà en unités SI). Cette loi est appelée la loi des gaz "idéale" car elle suppose que les calculs traitent des gaz qui suivent les règles. Dans des conditions extrêmes, comme des températures extrêmement chaudes ou froides, certains gaz peuvent agir différemment que la loi des gaz idéaux ne le suggère, mais en général, il est prudent de supposer que vos calculs utilisant la loi seront corrects. Vous en savez maintenant plusieurs façons de calculer le volume d'air dans diverses circonstances.
Pression et volume d'air: loi de Boyle
in afin de l'utiliser.
Température et volume de l'air: Charles 'Law
Pression, température et volume: la loi des gaz combinés
La loi du gaz idéal
