가스의 압력을 높이는 방법

서로 접촉하는 모든 물체가 서로에게 압력을 가한다는 사실에도 불구하고 압력은 우리가 고체보다 기체와 훨씬 더 자주 연관시키는 경향이 있는 물리적 크기입니다.

물리학에서 압력은 단위 면적당 힘으로 정의되며 비율 F/A로 지정됩니다. 즉, 압력을 수정하려면 힘 또는 힘이 가해지는 영역만 수정하면 됩니다. 예를 들어, 우리가 테이블 표면에 가하는 압력을 높이고 싶다면 힘을 증가시킬 수 있습니다(예: 더 많은 무게를 추가하거나 테이블을 더 많이 누름). 힘을 가하거나(예를 들어 손 대신 못 끝으로 힘을 가함) 또는 두 가지를 동시에 가합니다.

그러나 기체가 가하는 압력을 어떻게 높일 수 있습니까? 게다가 기체가 그토록 미묘하고 형태가 없기 때문에 어떻게 용기의 벽에 압력을 가할 수 있습니까? 가스의 가장 중요한 특성 중 하나의 이러한 측면을 이해하는 것은 매우 중요합니다. 자동차 타이어의 팽창에서 가열 시 밀봉된 캔의 폭발에 이르기까지 매일 관찰할 수 있는 많은 현상을 이해할 수 있기 때문입니다. 많이, 또는 날씨의 행동.

이러한 이유로 이 기사에서는 기체 압력의 몇 가지 기본적인 측면과 기체 압력을 높일 수 있는 세 가지 방법을 살펴보겠습니다.

기체는 어떻게 압력을 가합니까?

거대한 깃발이 군중 위로 휘날리는 축구 경기와 같은 행렬이나 스포츠 행사에 참석한 적이 있는 사람이라면 누구나 기체가 어떻게 압력을 가하는지 즉시 이해할 것입니다.

기체는 모든 방향으로 독립적이고 무작위로 움직이는 개별 입자로 구성된 물질입니다. 가스가 밀폐된 용기에 담겨 있을 때 이러한 입자는 필연적으로 용기의 벽과 자주 충돌합니다. 컨테이너 벽에 대한 가스 입자의 각 충돌은 아래에서 깃발을 누르는 손과 같습니다.

요점은 가스의 모든 샘플에 있을 수 있는 엄청난 수의 입자로 인해 이러한 충돌이 매우 높은 빈도로 발생하여 용기 표면을 누르는 거의 일정한 힘을 생성한다는 것입니다. 이것은 관중이 아래에서 깃발을 여러 번 밀어서 깃발을 떨어뜨리지 않고 마치 아래에서 부풀린 것처럼 거의 일정한 긴장 상태를 유지하는 것과 유사합니다.

기체의 압력과 이상 기체 법칙에 영향을 미치는 요인

가스는 화학이 연구하는 가장 간단한 시스템입니다. 실제로 이상적으로 작용하는 기체는 몰수(n), 부피(V), 온도(T) 및 물론 압력(Q)과 같은 몇 가지 변수에 의해 완전히 특성화됩니다. 이 네 가지 변수(상태 함수라고 함)는 모든 가스 샘플의 상태를 정의합니다. 즉, 우리가 이 변수를 알면 가스에 대해 모두 알고 다양한 상황에서 그 행동을 예측할 수 있습니다.

4개임에도 불구하고 실제로는 3개만 알면 됩니다. 이상 기체 상태 방정식(이상 기체 법칙이라고도 함)을 통해 네 번째 상태를 찾을 수 있기 때문 입니다 .

이것은 기체의 압력이 다른 세 가지 변수, 즉 몰수, 온도 및 부피의 값에 의해 결정된다는 것을 의미하며 이 관계는 그림과 같이 이상 기체 법칙에서 P를 분리하여 얻을 수 있습니다. 아래에 보여줍니다:

기체의 압력을 높이는 방법

위의 방정식에서 알 수 있듯이 압력은 몰수와 온도에 정비례하지만 부피에는 반비례합니다. 이는 압력을 높이는 세 가지 다른 방법이 있음을 의미하며 다음과 같습니다.

기체의 몰수 증가

압력이 몰수에 정비례한다는 사실은 몰수가 클수록 압력이 크다는 것을 의미합니다. 이것은 압력을 높이는 한 가지 방법이 가스가 들어 있는 용기에 더 많은 양의 가스를 주입하는 것임을 의미합니다. 예를 들어 자동차, 오토바이 또는 자전거의 타이어나 고무에 공기를 주입하거나 농구공에 공기를 주입할 때입니다.

펌프가 하는 일은 용기에 더 많은 가스 입자를 주입하는 것입니다. 그러나 이것이 왜 압력을 증가시킵니까? 더 잘 이해하려면 기체가 어떻게 압력을 가하는지 기억해야 합니다. 기체의 압력은 기체 입자와 용기 벽 사이의 다중 충돌의 결과입니다. 더 많은 가스 입자를 도입하면 이러한 입자가 표면과 충돌하는 빈도가 증가하므로 압력이 증가합니다.

온도 증가

압력도 온도에 비례합니다. 따라서 온도가 상승하면 압력도 증가합니다. 이 현상을 실제로 볼 수 있는 일상적인 상황은 밀폐된 캔이 과열되어 내부 압력 증가로 인해 터지는 경우입니다.

온도가 압력에 영향을 미치는 이유를 이해하려면 온도 자체가 무엇인지 고려해야 합니다. 온도는 물질을 구성하는 입자의 평균 운동 에너지를 측정한 것입니다. 따라서 온도를 변경하는 것은 입자의 운동 에너지를 변경하는 것을 의미합니다. 질량을 변경할 수 없기 때문에 이동 속도를 반드시 변경해야 합니다.

가스 입자가 더 빨리 움직이면 두 가지 일이 발생합니다.

• 한편으로 각 입자가 한 벽에서 다른 벽으로 이동하는 데 걸리는 시간이 줄어들기 때문에 입자가 벽과 충돌하는 빈도가 증가합니다. 파티클 수를 늘리기 전과 같은 효과입니다.
• 여기에 더해 더 빠르게 이동함으로써 각 입자는 충돌하는 동안 더 많은 양의 운동 에너지를 벽에 전달합니다. 더 많은 힘이 더 많은 압력을 의미하므로 후자는 증가합니다.

요약하면, 온도의 증가는 충돌 횟수와 각 충돌의 힘을 증가시키기 때문에 압력을 증가시킵니다.

볼륨 줄이기

온도와 몰수와 달리 압력과 부피의 관계는 반비례합니다. 이것은 부피가 작을수록 압력이 높다는 것을 의미합니다. 따라서 압력을 높이는 마지막 방법은 부피를 줄이는 것입니다.

여기서 다시 그 효과에는 두 가지 원인이 있습니다. 첫 번째는 부피가 감소함에 따라 각 입자가 컨테이너의 한 벽에서 다른 벽으로 이동하기 위해 거쳐야 하는 경로가 감소하므로 순 충돌 빈도가 증가한다는 것입니다. 또한 부피 감소는 일반적으로 가스에 노출되는 표면적의 감소를 동반합니다. 압력의 원래 정의를 기억하면 면적이 감소함에 따라 압력이 증가합니다.

참조

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