Contenu
- TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
- Pression atmosphérique et volume: loi de Boyles
- Température et volume de l'air: Charles Law
- Pression, température et volume: la loi des gaz combinés
- La loi des gaz parfaits
Imaginez que vous êtes un plongeur et que vous deviez calculer la capacité en air de votre réservoir. Ou imaginez que vous avez gonflé un ballon d'une certaine taille et que vous vous demandiez quelle est la pression à l'intérieur du ballon. Ou supposez que vous compariez les temps de cuisson d'un four normal et d'un four grille-pain. Par où commence tu
Toutes ces questions ont trait au volume d’air et à 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. Vous devez juste apprendre à les appliquer. Nous appelons ces lois les lois sur le gaz.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
le Lois sur le gaz sont:
La loi de Boyle: P1V1 = P2V2.
Charles Law: P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, où T est à Kelvin.
Loi sur les gaz combinés: P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2, où T est à Kelvin.
Loi sur le gaz idéal: PV = nRT, (mesures en unités SI).
Pression atmosphérique et volume: loi de Boyles
La loi de Boyles définit la relation entre un volume de gaz et sa pression. Pensez-y: si vous prenez une boîte remplie d’air et que vous la pressez jusqu’à la moitié de sa taille, les molécules d’air auront moins d’espace pour se déplacer et se bousculeront beaucoup plus. Ce sont ces collisions de molécules d’air entre elles et avec les côtés du récipient qui créent la pression atmosphérique.
Boyles Law ne prend pas la température en considération, donc le la température doit être constante afin de l'utiliser.
La loi de Boyle indique que, à température constante, le volume d'une certaine masse (ou quantité) de gaz varie inversement à la pression.
Sous forme d'équation, c'est:
P1 x V1 = P2 x V2
où P1 et V1 sont le volume initial et la pression et P2 et V2 sont le nouveau volume et la nouvelle pression.
Exemple: Supposons que vous conceviez un réservoir de plongée dont la pression atmosphérique est de 3 000 psi (livres par pouce carré) et dont le volume (ou la "capacité") est de 70 pieds cubes. Si vous décidez que vous préférez créer un réservoir avec une pression plus élevée de 3500 psi, quel sera le volume du réservoir, en supposant que vous le remplissiez avec la même quantité d’air et que vous mainteniez la même température?
Branchez les valeurs données dans la loi Boyles:
3000 psi x 70 ft3 = 3500 psi x V2
Simplifiez, puis isolez la variable d'un côté de l'équation:
210 000 psi x ft3 = 3500 psi x V2
(210 000 psi x ft3 ) ÷ 3500 psi = V2
60 pieds3 = V2
Donc, la deuxième version de votre bouteille de plongée serait de 60 pieds cubes.
Température et volume de l'air: Charles Law
Qu'en est-il de la relation entre volume et température? Les températures plus élevées entraînent une accélération des molécules, une collision de plus en plus difficile avec les côtés de leur récipient et le poussant vers l'extérieur. Charles Law donne le calcul pour cette situation.
Charles Law indique qu'à pression constante, le volume d'une masse donnée de gaz est directement proportionnel à sa température (absolue).
Ou V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2.
Pour Charles Law, la pression doit être maintenue constante et la température mesurée en Kelvin.
Pression, température et volume: la loi des gaz combinés
Maintenant, si vous avez la pression, la température et le volume tous ensemble dans le même problème? Il y a une règle pour cela aussi. le Loi sur le gaz combiné prend les informations de Boyles Law et Charles Law et les combine pour définir un autre aspect de la relation pression-température-volume.
le Loi sur le gaz combiné indique que le volume d'une quantité donnée de gaz est proportionnel au rapport entre sa température en Kelvin et sa pression. Cela semble compliqué, mais jetez un oeil à l'équation:
P1V1 ÷ T1 = P2V2 ÷ T2.
Encore une fois, la température doit être mesurée en Kelvin.
La loi des gaz parfaits
Une dernière équation reliant ces propriétés d’un gaz est la Loi sur le gaz idéal. La loi est donnée par l'équation suivante:
PV = nRT,
où P = pression, V = volume, n = nombre de moles, R est le Constante du gaz universel, qui est égal à 0,0821 L-atm / mole-K, et T est la température en Kelvin. Pour que toutes les unités soient correctes, vous devez convertir en Unités SI, les unités de mesure standard de la communauté scientifique. Pour le volume, c'est litres; pour la pression, atm; et pour la température, Kelvin (n, le nombre de moles, est déjà exprimé en unités SI).
Cette loi s'appelle la loi des gaz "idéale" car elle suppose que les calculs portent sur des gaz qui respectent les règles. Dans des conditions extrêmes, telles que le chaud ou le froid extrême, certains gaz peuvent agir différemment de la loi sur les gaz parfaits, mais il est généralement prudent de supposer que vos calculs utilisant la loi seront corrects.
Vous connaissez maintenant plusieurs façons de calculer le volume d'air dans diverses circonstances.