Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Zákon o ideálnom plyne
- Čo keď nie je ideálny plyn
- Ako sa mení tlak s teplotou
Na rozdiel od molekúl v tekutine alebo v tuhej látke sa molekuly v plyne môžu voľne pohybovať v priestore, v ktorom ich obmedzujete. Lietajú okolo, občas sa zrážajú medzi sebou as stenami kontajnerov. Spoločný tlak, ktorý vyvíjajú na steny nádoby, závisí od množstva energie, ktorú majú. Odvodzujú energiu z tepla v okolí, takže ak teplota stúpa, zvyšuje sa aj tlak. V skutočnosti tieto dve množstvá súvisia so zákonom o ideálnom plyne.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
V tuhej nádobe sa tlak vyvíjaný plynom mení priamo s teplotou. Ak nie je nádoba tuhá, objem aj tlak sa menia podľa teploty podľa zákona o ideálnom plyne.
Zákon o ideálnom plyne
Ideálny zákon o plyne, ktorý bol odvodený na základe experimentálnej práce niekoľkých jednotlivcov, vyplýva z Boylesovho zákona a zákona Charlesa a Gay-Lussaca. Prvý z nich uvádza, že pri danej teplote (T) je tlak (P) plynu vynásobený objemom (V), ktorý zaberá, konštantný. Ten nám hovorí, že keď je hmotnosť plynu (n) udržiavaná konštantná, objem je priamo úmerný teplote. Zákon o ideálnom plyne vo svojej konečnej podobe uvádza:
PV = nRT, kde R je konštanta nazývaná ideálna plynová konštanta.
Ak udržujete konštantnú hmotnosť plynu a objem nádoby, tento vzťah vám hovorí, že tlak sa mení priamo s teplotou. Keby ste mali grafovať rôzne hodnoty teploty a tlaku, graf by bol priamkou s kladným sklonom.
Čo keď nie je ideálny plyn
Ideálny plyn je taký, v ktorom sa predpokladá, že častice sú dokonale elastické a navzájom sa nepriťahujú alebo neodpudzujú. Okrem toho sa predpokladá, že samotné častice plynu nemajú žiadny objem. Aj keď žiadny skutočný plyn nespĺňa tieto podmienky, mnohé z nich sú dosť blízko na to, aby bolo možné tento vzťah uplatniť. Musíte však vziať do úvahy faktory reálneho sveta, keď je tlak alebo hmotnosť plynu veľmi vysoká alebo ak je objem a teplota veľmi nízka. Pre väčšinu aplikácií pri izbovej teplote poskytuje zákon o ideálnom plyne dostatočne dobrú aproximáciu správania väčšiny plynov.
Ako sa mení tlak s teplotou
Pokiaľ je objem a hmotnosť plynu konštantná, stáva sa vzťah medzi tlakom a teplotou P = KT, kde K je konštanta odvodená od objemu, počtu mólov plynu a ideálnej plynovej konštanty. Ak do nádoby s pevnými stenami vložíte plyn, ktorý spĺňa ideálne podmienky na plyn, aby sa zmenil objemový prevýšenie, utesnite nádobu a zmerajte tlak na stenách nádoby, pri znížení teploty uvidíte pokles. Pretože tento vzťah je lineárny, potrebujete iba dve hodnoty teploty a tlaku, aby ste mohli nakresliť čiaru, z ktorej môžete extrapolovať tlak plynu pri akejkoľvek danej teplote.
Tento lineárny vzťah sa rozpadá pri veľmi nízkych teplotách, keď sa nedokonalá elasticita molekúl plynu stane dostatočne dôležitou na ovplyvnenie výsledkov, ale tlak bude stále klesať, keď znížite teplotu. Vzťah bude tiež nelineárny, ak sú molekuly plynu dostatočne veľké na to, aby zabránili klasifikácii plynu ako ideálneho.