Tabla de Contenidos
Annak ellenére, hogy minden egymással érintkező test nyomást gyakorol egymásra, a nyomás olyan fizikai nagyság, amelyet sokkal gyakrabban társítunk gázokhoz, mint szilárd testekhez.
A fizikában a nyomást az egységnyi területre eső erőként határozzák meg, és az F/A arány adja meg. Ez azt jelenti, hogy a nyomás módosításához csak vagy az erőt, vagy azt a területet kell módosítanunk, amelyre az erő hat. Például, ha növelni akarjuk a nyomást, amelyet mondjuk egy asztal felületére gyakorolunk, növelhetjük az erőt (például több súly hozzáadásával vagy az asztalra való nagyobb nyomással), csökkenthetjük azt a területet, amelyen kifejtjük az erőt (például a szög hegyével, nem pedig a kezünkkel), vagy mindkét dolgot egyszerre.
De hogyan növelhetjük a gáz által kifejtett nyomást? Továbbá hogyan lehet az, hogy a gázok, lévén olyan éteriek és formátlanok, nyomást tudnak gyakorolni az őket tartalmazó tartályok falára? A gázok egyik legfontosabb tulajdonságának ezen aspektusainak megértése rendkívül fontos, hiszen így számos olyan jelenséget érthetünk meg, amelyet napi szinten megfigyelhetünk, az autógumik felfújásától a lezárt kannák hevítés közbeni felrobbanásáig. sokat, vagy akár az időjárás viselkedését.
Emiatt ebben a cikkben megvizsgáljuk a gázok nyomásának néhány alapvető szempontját, valamint azt a három különböző módot, amellyel növelhetjük a gáz nyomását.
Hogyan fejtenek ki nyomást a gázok?
Bárki, aki részt vett már felvonuláson vagy sporteseményen, például egy focimeccsen, ahol óriási zászlót feszítettek ki az emberek tömegére, azonnal megérti, hogyan fejtenek ki nyomást a gázok.
A gázok egyedi részecskékből álló anyagok, amelyek függetlenül és véletlenszerűen mozognak minden irányba. Ha a gáz egy zárt tartályban van, ezek a részecskék elkerülhetetlenül gyakran ütköznek a tartály falával. Egy gázrészecske minden egyes ütközése a tartály falával olyan, mint egy kéz, amely alulról nyomja a zászlót.
A lényeg az, hogy a részecskék hatalmas száma miatt, amelyek bármely gázmintában lehetnek, ezek az ütközések nagyon nagy gyakorisággal mennek végbe, és szinte állandó erőt generálnak, amely a tartály felületét nyomja. Ez hasonló a zászlónak a nézők által alulról adott többszöri lökéshez, ami nem hagyja leesni a zászlót, hanem szinte állandó feszültségben tartja, mintha alulról fújnák fel.
A gáz nyomását befolyásoló tényezők és az ideális gáz törvénye
A gázok a kémia által vizsgált legegyszerűbb rendszerek. Valójában egy ideálisan viselkedő gázt csak néhány változó jellemez, amelyek a mólszám (n), a térfogat (V), a hőmérséklet (T) és természetesen a nyomás (Q). Ez a négy változó (úgynevezett állapotfüggvények) meghatározza bármely gáz mintájának állapotát, ami azt jelenti, hogy ha ismerjük őket, akkor mindannyian tudunk a gázról, és meg tudjuk jósolni annak viselkedését különböző helyzetekben.
Annak ellenére, hogy négy, valójában csak 3-at kell tudnunk belőlük, mivel a negyediket az ideális gáz állapotegyenletével, más néven ideális gáz törvényével találhatjuk meg, amelyet a következőképpen ad meg :
Ez azt jelenti, hogy a gáz nyomását a másik három változó értéke határozza meg, azaz a mólszám, a hőmérséklet és a térfogat, és ez az összefüggés úgy kapható meg, hogy elválasztjuk P-t az ideális gáz törvényétől, ahogy az ábra mutatja. alább látható:
Hogyan lehet növelni a gáz nyomását
Amint a fenti egyenletből látható, a nyomás egyenesen arányos a mólok számával és a hőmérséklettel, de fordítottan arányos a térfogattal. Ez azt jelenti, hogy három különböző módja van a nyomás növelésének, ezek a következők:
A gáz móljainak számának növelése
Az a tény, hogy a nyomás egyenesen arányos a mólok számával, azt jelenti, hogy minél nagyobb a mólok száma, annál nagyobb a nyomás. Ez azt jelenti, hogy a nyomás növelésének egyik módja az, hogy nagyobb mennyiségű gázt fecskendeznek be az azt tartalmazó tartályba. Példa erre, amikor felfújjuk egy autó, motorkerékpár vagy kerékpár gumiját vagy gumiját, vagy amikor felfújunk egy kosárlabdát.
A szivattyú több gázrészecskét juttat be a tartályba. De miért növeli ez a nyomást? Hogy jobban megértsük, emlékeznünk kell arra, hogy a gázok hogyan fejtenek ki nyomást. A gáz nyomása a gázrészecskék és a tartály falai közötti többszöri ütközés következménye. Ha több részecskét juttatunk be a gázból, akkor megnő a részecskék felülettel való ütközésének gyakorisága, és ezért a nyomás is megnő.
a hőmérséklet növelése
A nyomás a hőmérséklettel is arányos. Ezért a hőmérséklet emelkedésével a nyomás is nő. Egy mindennapos helyzet, amikor ezt a jelenséget működés közben láthatjuk, amikor egy lezárt dobozt túlmelegítünk, és az a nyomásnövekedés miatt szétreped.
Ahhoz, hogy megértsük, miért befolyásolja a hőmérséklet a nyomást, meg kell vizsgálnunk, hogy mi maga a hőmérséklet. A hőmérséklet az anyagot alkotó részecskék átlagos kinetikus energiájának mértéke. Ezért a hőmérséklet megváltoztatása a részecskék kinetikus energiájának megváltoztatását jelenti. Mivel nem tudják megváltoztatni a tömegüket, szükségszerűen megváltoztatják a mozgásuk sebességét.
Ahogy a gázrészecskék gyorsabban mozognak, két dolog történik:
- Egyrészt növekszik a részecskék falakkal való ütközésének gyakorisága, mivel minden részecskének kevesebb időre van szüksége ahhoz, hogy egyik falról a másikra kerüljön. Ennek ugyanaz a hatása, mint a részecskék számának növelése előtt.
- Ráadásul a gyorsabb mozgással minden részecske nagyobb mennyiségű kinetikus energiát ad át a falnak az ütközés során, ami egy másik módja annak, hogy erősebben ütközik. Ahogy a nagyobb erő nagyobb nyomást jelent, az utóbbi növekszik.
Összefoglalva, a hőmérséklet növekedése növeli a nyomást, mert az ütközések számának és az egyes ütközések erejének növekedését okozza.
hangerő csökkentése
A hőmérséklettel és a mólszámmal ellentétben a nyomás és a térfogat közötti összefüggés fordított. Ez azt jelenti, hogy minél kisebb a térfogat, annál nagyobb a nyomás. Ezért a nyomás növelésének utolsó módja a hangerő csökkentése.
A hatásnak itt is két oka van. Az első az, hogy a térfogat csökkenésével csökken az út, amelyet minden részecskének meg kell tennie, hogy a tartály egyik falától a másikig eljuthasson, így az ütközések nettó gyakorisága nő. Ezenkívül a térfogatcsökkenés általában a gáznak kitett felület csökkenésével jár együtt. Emlékezzünk a nyomás eredeti definíciójára, ahogy a terület csökken, a nyomás nő.
Hivatkozások
Atkins, P. és dePaula, J. (2014). Atkins’ Physical Chemistry (rev. szerk.). Oxford, Egyesült Királyság: Oxford University Press.
Brown, T. (2021). Kémia: A központi tudomány (11. kiadás). London, Anglia: Pearson Education.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS és Herranz, ZR (2020). Kémia (10. kiadás). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
CK-12 Alapítvány. (2020, május 18.). A gáznyomást befolyásoló tényezők. Letöltve: https://www.ck12.org/chemistry/factors-affecting-gas-pressure/lesson/Factors-Affecting-Gas-Pressure-CHEM/
Virágok, P. (2018, október 19.). Nyomás, térfogat, mennyiség és hőmérséklet: Az ideális gáz törvénye – Kémia: Az atomok először 2e. Letöltve: https://opentextbc.ca/chemistryatomfirst2eopenstax/chapter/relating-pressure-volume-amount-and-temperature-the-ideal-gas-law/
szókratikus. (2014, május 26.). Mi okozza a gáznyomást? Letöltve: https://socratic.org/questions/what-causes-gas-pressure
