La legge del gas ideale è un'equazione matematica che puoi usare per risolvere problemi relativi alla temperatura, al volume e alla pressione dei gas. Sebbene l'equazione sia un'approssimazione, è molto buona ed è utile per una vasta gamma di condizioni. Utilizza due forme strettamente correlate che rappresentano la quantità di un gas in modi diversi.
TL; DR (Troppo lungo, non letto)
La legge del gas ideale è PV = nRT , dove P = pressione, V = volume, n = numero di moli di gas, T è temperatura e R è una costante di proporzionalità, in genere 8,314. L'equazione ti consente di risolvere problemi pratici con i gas.
Gas reale vs gas ideale
Hai a che fare con i gas nella vita di tutti i giorni, come l'aria che respiri, l'elio in un palloncino o in un metano , il "gas naturale" che usi per cucinare il cibo. Queste sostanze hanno proprietà molto simili in comune, incluso il modo in cui rispondono alla pressione e al calore. Tuttavia, a temperature molto basse, la maggior parte dei gas reali si trasforma in liquido. Un gas ideale, al confronto, è più di un'idea astratta utile che di una sostanza reale; per esempio, un gas ideale non si trasforma mai in liquido e non c'è limite alla sua comprimibilità. Tuttavia, la maggior parte dei gas reali sono abbastanza vicini a un gas ideale che è possibile utilizzare la legge del gas ideale per risolvere molti problemi pratici.
Volume, temperatura, pressione e quantità
Equazioni della legge del gas ideale avere pressione e volume su un lato del segno di uguale e quantità e temperatura sull'altro. Ciò significa che il prodotto della pressione e del volume rimane proporzionale al prodotto della quantità e della temperatura. Se, ad esempio, si aumenta la temperatura di una quantità fissa di gas in un volume fisso, anche la pressione deve aumentare. Oppure, se si mantiene costante la pressione, il gas deve espandersi in un volume maggiore.
Gas ideale e temperatura assoluta
Per utilizzare correttamente la legge del gas ideale, è necessario impiegare unità di temperatura assolute . Gradi Celsius e Fahrenheit non funzionano perché possono andare a numeri negativi. Le temperature negative nella legge sul gas ideale danno una pressione o un volume negativi, che non possono esistere. Utilizzare invece la scala Kelvin, che inizia allo zero assoluto. Se lavori con unità inglesi e vuoi una scala correlata a Fahrenheit, usa la scala Rankine, che inizia anch'essa allo zero assoluto.
Forma equazione I
La prima forma comune dell'equazione Gas ideale è, PV = nRT, dove P è pressione, V è volume, n è il numero di moli di gas, R è una costante di proporzionalità, tipicamente 8.314, e T è temperatura. Per il sistema metrico, utilizzare pascals per la pressione, metri cubi per il volume e Kelvin per la temperatura. Per fare un esempio, 1 mole di gas elio a 300 Kelvin (temperatura ambiente) è inferiore a 101 kilopascal di pressione (pressione al livello del mare). Quanto volume occupa? Prendi PV = nRT, e dividi entrambi i lati per P, lasciando V da solo sul lato sinistro. L'equazione diventa V = nRT ÷ P. Una mole (n) volte 8,314 (R) volte 300 Kelvin (T) divisi per 101.000 pascal (P) danno 0,0247 metri cubi di volume, o 24,7 litri.
Equazione Modulo II
Nelle classi di scienze, un'altra forma di equazione di Gas ideale comune che vedrai è PV = NkT. La grande "N" è il numero di particelle (molecole o atomi) e k è una costante di Boltzmann, un numero che consente di utilizzare il numero di particelle al posto delle moli. Nota che per l'elio e altri gas nobili, usi gli atomi; per tutti gli altri gas, utilizzare le molecole. Usa questa equazione più o meno allo stesso modo della precedente. Ad esempio, un serbatoio da 1 litro contiene 10 23 molecole di azoto. Se si abbassa la temperatura a 200 Kelvin di refrigerazione ossea, qual è la pressione del gas nel serbatoio? Prendi PV = NkT e dividi entrambi i lati per V, lasciando P da solo. L'equazione diventa P = NkT ÷ V. Moltiplicare 10 23 molecole (N) per la costante di Boltzmann (1,38 x 10 -23), moltiplicare per 200 Kelvin (T) e quindi dividere per 0,001 metri cubi (1 litro ) per ottenere la pressione: 276 chilopascal.
