Måter å øke trykket på en gass

Til tross for at alle legemer som kommer i kontakt med hverandre utøver press på hverandre, er trykk en fysisk størrelse som vi har en tendens til å assosiere mye oftere med gasser enn med faste legemer.

I fysikk er trykk definert som kraft per arealenhet, og er gitt av forholdet F/A. Dette betyr at for å modifisere trykket, trenger vi bare å modifisere enten kraften eller området som kraften påføres. For eksempel, hvis vi ønsket å øke trykket vi utøver på, for eksempel, overflaten av et bord, kunne vi øke kraften (for eksempel ved å legge til mer vekt eller trykke mer på bordet), vi kunne redusere arealet som vi bruker kraften (for eksempel å bruke kraften med spikerspissen i stedet for med hånden), eller begge tingene samtidig.

Men hvordan kan vi øke trykket som utøves av en gass? Videre, hvordan kan det ha seg at gasser, som er så eteriske og formløse, er i stand til å utøve press på veggene til beholderne som inneholder dem? Å forstå disse aspektene ved en av de viktigste egenskapene til gasser er ekstremt viktig, siden det lar oss forstå mange fenomener som vi kan observere daglig, fra oppblåsing av bildekk til eksplosjonen av en forseglet boks når den varmes opp. mye, eller til og med værets oppførsel.

Av denne grunn vil vi i denne artikkelen utforske noen grunnleggende aspekter ved trykket til gasser, samt de tre forskjellige måtene vi kan øke trykket til en gass på.

Hvordan utøver gasser trykk?

Alle som noen gang har deltatt på en prosesjon eller en sportsbegivenhet, for eksempel en fotballkamp der et gigantisk flagg ble foldet ut over en mengde mennesker, vil umiddelbart forstå hvordan gasser utøver press.

Gasser er stoffer som består av individuelle partikler som beveger seg uavhengig og tilfeldig i alle retninger. Når gassen er inneholdt i en lukket beholder, vil disse partiklene uunngåelig ofte kollidere med beholderens vegger. Hver kollisjon av en gasspartikkel mot veggene i beholderen er som en hånd som skyver flagget nedenfra.

Poenget er at på grunn av det enorme antallet partikler som kan være i en hvilken som helst prøve av en gass, skjer disse kollisjonene med en veldig høy frekvens, og genererer en nesten konstant kraft som skyver overflaten av beholderen. Dette ligner på de mange dyttene som blir gitt til flagget nedenfra av tilskuere, som ikke lar flagget falle, men heller holder det i en nesten konstant spenningstilstand, som om det ble blåst opp nedenfra.

Faktorer som påvirker trykket til en gass og den ideelle gassloven

Gasser er de enkleste systemene som kjemi studerer. Faktisk er en ideelt oppførende gass fullstendig preget av bare en håndfull variabler som er antall mol (n), volumet (V), temperaturen (T) og, selvfølgelig, trykket (Q). Disse fire variablene (kalt tilstandsfunksjoner) definerer tilstanden til en prøve av en hvilken som helst gass, noe som betyr at hvis vi kjenner dem, vet vi alle om gassen og kan forutsi dens oppførsel i forskjellige situasjoner.

Til tross for at vi er fire, trenger vi i virkeligheten bare å kjenne 3 av dem, siden vi kan finne den fjerde ved hjelp av den ideelle gassligningen for tilstand, også kjent som den ideelle gassloven, som er gitt av :

Dette betyr at trykket til en gass bestemmes av verdiene til de tre andre variablene, dvs. antall mol, temperaturen og volumet, og dette forholdet kan oppnås ved å isolere P fra den ideelle gassloven, som vist viser nedenfor:

Hvordan øke trykket på en gass

Som man kan se i ligningen ovenfor, er trykket direkte proporsjonalt med antall mol og temperaturen, men omvendt proporsjonalt med volumet. Dette betyr at det er tre forskjellige måter å øke trykket på, og disse er:

Øke antall mol av gassen

Det at trykket er direkte proporsjonalt med antall mol betyr at jo større antall mol, jo større blir trykket. Dette innebærer at en måte å øke trykket på er å injisere en større mengde av gassen i beholderen som inneholder den. Et eksempel på dette er når vi pumper opp dekket eller gummien til en bil, motorsykkel eller sykkel, eller når vi pumper opp en basketball.

Det pumpen gjør er å introdusere flere gasspartikler i beholderen. Men hvorfor øker dette presset? For å forstå det bedre, må vi huske hvordan gasser utøver trykk. Gasstrykket er konsekvensen av de mange kollisjonene mellom gasspartikler og beholderens vegger. Hvis vi introduserer flere partikler av gassen, vil frekvensen som disse partiklene kolliderer med overflaten øke, og derfor vil trykket øke.

øke temperaturen

Trykket er også proporsjonalt med temperaturen. Derfor, når temperaturen øker, vil trykket også øke. En hverdagslig situasjon der vi kan se dette fenomenet i aksjon er når vi overoppheter en forseglet boks og den sprekker på grunn av økningen i trykket inni.

For å forstå hvorfor temperatur påvirker trykket, må vi vurdere hva temperaturen i seg selv er. Temperatur er et mål på den gjennomsnittlige kinetiske energien til partiklene som utgjør et stoff. Derfor innebærer endring av temperaturen å endre den kinetiske energien til partiklene. Siden de ikke kan endre massen, vil de nødvendigvis endre hastigheten de beveger seg med.

Når gasspartiklene beveger seg raskere, skjer to ting:

• På den ene siden øker frekvensen som partiklene kolliderer med veggene, siden hver partikkel bruker kortere tid på å komme seg fra den ene veggen til den andre. Dette har samme effekt som før øke antall partikler.
• På toppen av dette, ved å bevege seg raskere, overfører hver partikkel en større mengde kinetisk energi til veggen under kollisjonen, som er en annen måte å si at den treffer hardere. Ettersom mer kraft innebærer mer press, øker sistnevnte.

Oppsummert øker temperaturøkningen trykket fordi det fører til en økning i antall kollisjoner og også i kraften til hver kollisjon.

redusere volumet

I motsetning til temperatur og antall mol, er forholdet mellom trykk og volum omvendt. Dette betyr at jo lavere volum, jo ​​høyere trykk. Derfor er den siste måten å øke trykket på å redusere volumet.

Også her har effekten to årsaker. Den første er at når volumet avtar, reduseres banen som hver partikkel må ta for å komme seg fra den ene veggen av beholderen til den andre, slik at netto frekvensen av kollisjoner øker. Videre er volumreduksjonen generelt ledsaget av en reduksjon i overflatearealet som eksponeres for gassen. Husk den opprinnelige definisjonen av trykk, når arealet minker, øker trykket.

Referanser

Atkins, P., & dePaula, J. (2014). Atkins’ Physical Chemistry (rev. utg.). Oxford, Storbritannia: Oxford University Press.

Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11. utgave). London, England: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kjemi (10. utgave). New York City, NY: MCGRAW-HILL.

CK-12 Foundation. (2020, 18. mai). Faktorer som påvirker gasstrykket. Hentet fra https://www.ck12.org/chemistry/factors-affecting-gas-pressure/lesson/Factors-Affecting-Gas-Pressure-CHEM/

Blomster, P. (2018, 19. oktober). Relatert trykk, volum, mengde og temperatur: Den ideelle gassloven – kjemi: Atomer først 2e. Hentet fra https://opentextbc.ca/chemistryatomfirst2eopenstax/chapter/relating-pressure-volume-amount-and-temperature-the-ideal-gas-law/

Sokratisk. (2014, 26. mai). Hva forårsaker gasstrykket? Hentet fra https://socratic.org/questions/what-causes-gas-pressure