Sposoby zwiększania ciśnienia gazu

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Pomimo faktu, że wszystkie ciała, które stykają się ze sobą, wywierają na siebie nacisk, ciśnienie jest wielkością fizyczną, którą znacznie częściej kojarzymy z gazami niż z ciałami stałymi.

W fizyce ciśnienie definiuje się jako siłę na jednostkę powierzchni i wyraża się stosunkiem F/A. Oznacza to, że aby zmodyfikować ciśnienie, musimy zmodyfikować tylko siłę lub obszar, na który siła jest przyłożona. Na przykład, gdybyśmy chcieli zwiększyć nacisk, jaki wywieramy na, powiedzmy, powierzchnię stołu, moglibyśmy zwiększyć siłę (na przykład dodając więcej ciężaru lub mocniej dociskając stół), moglibyśmy zmniejszyć powierzchnię, na której przykładamy siłę (na przykład przykładając siłę czubkiem gwoździa zamiast ręką) lub obiema rzeczami jednocześnie.

Jak jednak możemy zwiększyć ciśnienie wywierane przez gaz? Ponadto, jak to się dzieje, że gazy, będąc tak eteryczne i bezkształtne, mogą wywierać nacisk na ścianki pojemników, które je zawierają? Zrozumienie tych aspektów jednej z najważniejszych właściwości gazów jest niezwykle ważne, ponieważ pozwala nam zrozumieć wiele zjawisk, które możemy obserwować na co dzień, od napompowania opon samochodowych po eksplozję zamkniętej puszki po podgrzaniu. wiele, a nawet zachowanie pogody.

Z tego powodu w tym artykule przyjrzymy się niektórym podstawowym aspektom ciśnienia gazów, a także trzem różnym sposobom zwiększania ciśnienia gazu.

W jaki sposób gazy wywierają ciśnienie?

Każdy, kto kiedykolwiek uczestniczył w procesji lub wydarzeniu sportowym, takim jak mecz piłki nożnej, podczas którego nad tłumem ludzi rozwinęła się gigantyczna flaga, od razu zrozumie, w jaki sposób gazy wywierają ciśnienie.

Gigantyczna flaga na stadionie piłkarskim

Gazy to substancje złożone z pojedynczych cząstek, które poruszają się niezależnie i losowo we wszystkich kierunkach. Gdy gaz znajduje się w zamkniętym pojemniku, cząstki te nieuchronnie często zderzają się ze ściankami pojemnika. Każde zderzenie cząsteczki gazu ze ściankami pojemnika jest jak ręka pchająca flagę od dołu.

Chodzi o to, że ze względu na ogromną liczbę cząstek, które mogą znajdować się w dowolnej próbce gazu, zderzenia te zachodzą z bardzo dużą częstotliwością, generując niemal stałą siłę, która popycha powierzchnię pojemnika. Jest to podobne do wielokrotnych pchnięć flagi od dołu przez widzów, co nie pozwala jej spaść, ale raczej utrzymuje ją w prawie stałym stanie napięcia, jakby była napompowana od dołu.

Czynniki wpływające na ciśnienie gazu i prawo gazu doskonałego

Gazy to najprostsze układy badane przez chemię. W rzeczywistości idealnie zachowujący się gaz jest w pełni scharakteryzowany tylko kilkoma zmiennymi, takimi jak liczba moli (n), objętość (V), temperatura (T) i oczywiście ciśnienie (Q). Te cztery zmienne (zwane funkcjami stanu) określają stan próbki dowolnego gazu, co oznacza, że ​​jeśli je znamy, wszyscy wiemy o gazie i możemy przewidzieć jego zachowanie w różnych sytuacjach.

Pomimo tego, że mamy cztery, w rzeczywistości musimy znać tylko trzy z nich, ponieważ czwarty możemy znaleźć za pomocą równania stanu gazu doskonałego, znanego również jako prawo stanu gazu doskonałego, które wyraża się wzorem :

Sposoby zwiększania ciśnienia gazu

Oznacza to, że ciśnienie gazu jest określone przez wartości pozostałych trzech zmiennych, tj. liczby moli, temperatury i objętości, a zależność tę można uzyskać, wyodrębniając P z równania gazu doskonałego, jak pokazano pokazuje poniżej:

Sposoby zwiększania ciśnienia gazu

Jak zwiększyć ciśnienie gazu

Jak widać z powyższego równania, ciśnienie jest wprost proporcjonalne do liczby moli i temperatury, ale odwrotnie proporcjonalne do objętości. Oznacza to, że istnieją trzy różne sposoby zwiększenia ciśnienia, a są to:

Zwiększenie liczby moli gazu

Fakt, że ciśnienie jest wprost proporcjonalne do liczby moli oznacza, że ​​im większa liczba moli, tym większe ciśnienie. Oznacza to, że jednym ze sposobów zwiększenia ciśnienia jest wstrzyknięcie większej ilości gazu do pojemnika, który go zawiera. Przykładem tego jest napompowanie opony lub gumy samochodu, motocykla lub roweru albo napompowanie piłki do koszykówki.

Pompa wprowadza do pojemnika więcej cząsteczek gazu. Ale dlaczego to zwiększa ciśnienie? Aby lepiej to zrozumieć, musimy pamiętać, w jaki sposób gazy wywierają ciśnienie. Ciśnienie gazu jest konsekwencją wielokrotnych zderzeń cząstek gazu ze ściankami pojemnika. Jeśli wprowadzimy więcej cząstek gazu, zwiększy się częstotliwość zderzeń tych cząstek z powierzchnią, a co za tym idzie ciśnienie wzrośnie.

zwiększenie temperatury

Ciśnienie jest również proporcjonalne do temperatury. Dlatego wraz ze wzrostem temperatury ciśnienie również wzrośnie. Codzienną sytuacją, w której możemy zobaczyć to zjawisko w działaniu, jest sytuacja, gdy przegrzewamy zamkniętą puszkę i pęka ona na skutek wzrostu ciśnienia w środku.

Sposoby zwiększania ciśnienia gazu

Aby zrozumieć, dlaczego temperatura wpływa na ciśnienie, musimy zastanowić się, czym jest sama temperatura. Temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej cząstek tworzących substancję. Dlatego zmiana temperatury pociąga za sobą zmianę energii kinetycznej cząstek. Ponieważ nie mogą zmienić swojej masy, z konieczności zmienią prędkość, z jaką się poruszają.

Gdy cząstki gazu poruszają się szybciej, dzieją się dwie rzeczy:

  • Z jednej strony wzrasta częstotliwość zderzeń cząstek ze ścianami, ponieważ każda cząsteczka potrzebuje mniej czasu, aby przejść z jednej ściany do drugiej. Daje to taki sam efekt jak przed zwiększeniem liczby cząstek.
  • Ponadto, poruszając się szybciej, każda cząsteczka przenosi większą ilość energii kinetycznej na ścianę podczas zderzenia, co jest innym sposobem na powiedzenie, że uderza mocniej. Ponieważ większa siła pociąga za sobą większy nacisk, ten ostatni wzrasta.

Podsumowując, wzrost temperatury zwiększa ciśnienie, ponieważ powoduje wzrost liczby zderzeń, a także siły każdego zderzenia.

zmniejszając głośność

W przeciwieństwie do temperatury i liczby moli, zależność między ciśnieniem a objętością jest odwrotna. Oznacza to, że im mniejsza objętość, tym wyższe ciśnienie. Dlatego ostatnim sposobem na zwiększenie ciśnienia jest zmniejszenie objętości.

Tutaj znowu skutek ma dwie przyczyny. Po pierwsze, wraz ze spadkiem objętości zmniejsza się droga, którą każda cząstka musi przebyć, aby przejść z jednej ściany pojemnika do drugiej, więc częstotliwość zderzeń netto wzrasta. Ponadto zmniejszeniu objętości towarzyszy zazwyczaj zmniejszenie pola powierzchni wystawionej na działanie gazu. Pamiętając pierwotną definicję ciśnienia, gdy powierzchnia maleje, ciśnienie wzrasta.

Bibliografia

Atkins, P. i dePaula, J. (2014). Chemia fizyczna Atkinsa (wyd. Poprawiona). Oxford, Wielka Brytania: Oxford University Press.

Brązowy, T. (2021). Chemia: The Central Science (wyd. 11). Londyn, Anglia: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia (wyd. 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.

Fundacja CK-12. (2020, 18 maja). Czynniki wpływające na ciśnienie gazu. Pobrane z https://www.ck12.org/chemistry/factors-affecting-gas-pressure/lesson/Factors-Affecting-Gas-Pressure-CHEM/

Kwiaty, P. (2018, 19 października). Powiązanie ciśnienia, objętości, ilości i temperatury: prawo gazu doskonałego – chemia: najpierw atomy 2e. Pobrane z https://opentextbc.ca/chemistryatomfirst2eopenstax/chapter/relating-pressure-volume-amount-and-temperature-the-ideal-gas-law/

Sokratejski. (2014, 26 maja). Co powoduje ciśnienie gazu? Pobrane z https://socratic.org/questions/what-causes-gas-pressure

-Reklama-

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

Co oznacza LD50?

co to jest boraks