Tabla de Contenidos
Birbiriyle temas halinde olan tüm cisimlerin birbirlerine basınç uyguladıkları gerçeğine rağmen, basınç, katı cisimlerden çok gazlarla ilişkilendirme eğiliminde olduğumuz fiziksel bir büyüklüktür.
Fizikte basınç, birim alana düşen kuvvet olarak tanımlanır ve F/A oranı ile verilir. Bu, basıncı değiştirmek için yalnızca kuvveti veya kuvvetin uygulandığı alanı değiştirmemiz gerektiği anlamına gelir. Örneğin, diyelim ki bir masanın yüzeyine uyguladığımız basıncı artırmak istiyorsak, kuvveti artırabiliriz (örneğin, masaya daha fazla ağırlık ekleyerek veya daha fazla bastırarak), etki alanımızı azaltabiliriz. kuvvet uygularız (örneğin kuvveti elimiz yerine çivinin ucuyla uygularız) veya her ikisini aynı anda uygularız.
Bununla birlikte, bir gazın uyguladığı basıncı nasıl artırabiliriz? Dahası, nasıl oluyor da bu kadar eterik ve şekilsiz olan gazlar, içinde bulundukları kapların duvarlarına basınç uygulayabiliyor? Gazların en önemli özelliklerinden birinin bu yönlerini anlamak son derece önemlidir, çünkü otomobil lastiklerinin şişmesinden kapalı bir tenekenin ısıtıldığında patlamasına kadar günlük olarak gözlemleyebileceğimiz birçok olayı anlamamızı sağlar. çok, hatta havanın davranışı.
Bu nedenle, bu makalede gazların basıncının bazı temel yönlerinin yanı sıra bir gazın basıncını artırabileceğimiz üç farklı yolu keşfedeceğiz.
Gazlar nasıl basınç uygular?
Bir insan kalabalığının üzerine dev bir bayrağın açıldığı bir futbol maçı gibi bir alaya veya bir spor etkinliğine katılmış olan herkes, gazların nasıl basınç uyguladığını hemen anlayacaktır.
Gazlar, her yönde bağımsız ve rastgele hareket eden ayrı parçacıklardan oluşan maddelerdir. Gaz kapalı bir kap içinde bulunduğunda, bu parçacıklar kaçınılmaz olarak sık sık kabın duvarlarıyla çarpışır. Bir gaz parçacığının kabın duvarlarına her çarpması, aşağıdan bayrağı iten bir el gibidir.
Mesele şu ki, herhangi bir gaz numunesinde bulunabilecek çok sayıda parçacık nedeniyle, bu çarpışmalar çok yüksek bir frekansta meydana gelir ve kabın yüzeyini iten neredeyse sabit bir kuvvet oluşturur. Bu, seyirciler tarafından bayrağa aşağıdan yapılan ve bayrağın düşmesine izin vermeyen, bunun yerine sanki aşağıdan şişirilmiş gibi neredeyse sabit bir gerilim durumunda tutan çoklu itmelere benzer.
Bir Gazın Basıncına Etki Eden Faktörler ve İdeal Gaz Kanunu
Gazlar, kimyanın incelediği en basit sistemlerdir. Aslında, ideal olarak davranan bir gaz, mol sayısı (n), hacim (V), sıcaklık (T) ve tabii ki basınç (Q) olan yalnızca bir avuç değişkenle tamamen karakterize edilir. Bu dört değişken (durum fonksiyonları olarak adlandırılır) herhangi bir gaz örneğinin durumunu tanımlar; bu, eğer onları bilirsek, gaz hakkında hepimizin bilgi sahibi olacağımız ve farklı durumlardaki davranışını tahmin edebileceğimiz anlamına gelir.
Dört olmasına rağmen, gerçekte sadece 3 tanesini bilmemiz gerekiyor, çünkü dördüncüsünü ideal gaz yasası olarak da bilinen ideal gaz hal denklemi ile bulabiliriz .
Bu, bir gazın basıncının diğer üç değişkenin yani mol sayısı, sıcaklık ve hacim değerleri tarafından belirlendiği anlamına gelir ve bu ilişki, gösterildiği gibi P’yi ideal gaz yasasından ayırarak elde edilebilir. aşağıda gösterir:
Bir gazın basıncı nasıl artırılır
Yukarıdaki eşitlikten de görülebileceği gibi basınç, mol sayısı ve sıcaklık ile doğru, hacim ile ters orantılıdır. Bu, basıncı artırmanın üç farklı yolu olduğu anlamına gelir ve bunlar:
Gazın mol sayısını artırmak
Basıncın mol sayısıyla doğru orantılı olduğu gerçeği, mol sayısı arttıkça basıncın da arttığı anlamına gelir. Bu, basıncı artırmanın bir yolunun, onu içeren kaba daha fazla miktarda gaz enjekte etmek olduğu anlamına gelir. Buna bir örnek, bir arabanın, motosikletin veya bisikletin lastiğini veya lastiğini veya bir basketbol topunu şişirdiğimiz zamandır.
Pompanın yaptığı şey, kaba daha fazla gaz parçacığı sokmak. Peki bu neden baskıyı artırıyor? Bunu daha iyi anlamak için gazların nasıl basınç uyguladığını hatırlamalıyız. Gazın basıncı, gaz parçacıkları ile kabın duvarları arasındaki çoklu çarpışmaların sonucudur. Daha fazla gaz parçacığı eklersek, bu parçacıkların yüzeyle çarpışma sıklığı artacak ve bu nedenle basınç artacaktır.
sıcaklığı arttırmak
Basınç da sıcaklıkla orantılıdır. Bu nedenle sıcaklık arttıkça basınç da artacaktır. Bu fenomeni iş başında görebildiğimiz günlük bir durum, kapalı bir kutuyu aşırı ısıttığımız ve içindeki basınç artışı nedeniyle patladığı zamandır.
Sıcaklığın basıncı neden etkilediğini anlamak için, sıcaklığın kendisinin ne olduğunu düşünmeliyiz. Sıcaklık, bir maddeyi oluşturan parçacıkların ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Bu nedenle, sıcaklığı değiştirmek, parçacıkların kinetik enerjisini değiştirmek anlamına gelir. Kütlelerini değiştiremedikleri için, hareket hızlarını zorunlu olarak değiştireceklerdir.
Gaz parçacıkları daha hızlı hareket ettikçe iki şey olur:
- Bir yandan, her parçacığın bir duvardan diğerine geçmesi daha az zaman aldığından, parçacıkların duvarlarla çarpışma sıklığı artar. Bu, parçacık sayısını artırmadan önce olduğu gibi aynı etkiye sahiptir.
- Üstelik her parçacık daha hızlı hareket ederek çarpışma anında duvara daha fazla kinetik enerji aktarır ki bu da daha sert vurur demenin başka bir yoludur. Daha fazla kuvvet daha fazla basınç anlamına geldiğinden, ikincisi artar.
Özetle, sıcaklıktaki artış, çarpışma sayısında ve ayrıca her çarpışmanın kuvvetinde bir artışa neden olduğu için basıncı artırır.
hacmi azaltmak
Sıcaklık ve mol sayısından farklı olarak, basınç ve hacim arasındaki ilişki terstir. Bu, hacim ne kadar düşükse, basıncın o kadar yüksek olduğu anlamına gelir. Bu nedenle basıncı artırmanın son yolu hacmi azaltmaktır.
Burada yine etkinin iki nedeni vardır. Birincisi, hacim azaldıkça, her parçacığın kabın bir duvarından diğerine gitmek için izlemesi gereken yol azalır, dolayısıyla net çarpışma sıklığı artar. Ayrıca, hacim azalmasına genellikle gaza maruz kalan yüzey alanında bir azalma eşlik eder. Basıncın orijinal tanımını hatırlayarak, alan azaldıkça basınç artar.
Referanslar
Atkins, P. ve dePaula, J. (2014). Atkins’in Fiziksel Kimyası (rev. ed.). Oxford, Birleşik Krallık: Oxford University Press.
Brown, T. (2021). Kimya: Merkezi Bilim (11. baskı). Londra, İngiltere: Pearson Education.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ve Herranz, ZR (2020). Kimya (10. baskı). New York, NY: MCGRAW-HILL.
CK-12 Vakfı. (2020, 18 Mayıs). Gaz Basıncını Etkileyen Faktörler. https://www.ck12.org/chemistry/factors-affecting-gas-pressure/lesson/Factors-Affecting-Gas-Pressure-CHEM/ adresinden alındı.
Çiçekler, P. (2018, 19 Ekim). Basınç, Hacim, Miktar ve Sıcaklık İlişkisi: İdeal Gaz Yasası – Kimya: Önce Atomlar 2e. https://opentextbc.ca/chemistryatomfirst2eopenstax/chapter/relating-pressure-volume-amount-and-temperature-the-ideal-gas-law/ adresinden alındı.
Sokratik. (2014, 26 Mayıs). Gaz basıncına ne sebep olur? https://socratic.org/questions/what-causes-gas-pressure adresinden alındı.
