תוֹכֶן
בניגוד למולקולות בנוזל או במוצק, אלו שנמצאים בגז יכולים לנוע בחופשיות במרחב בו אתם מגבילים אותם. הם עפים סביב, מתנגשים מדי פעם זה עם זה ובקירות המכולה. הלחץ הקולקטיבי שהם מפעילים על קירות המכולה תלוי בכמות האנרגיה שיש להם. הם שואבים אנרגיה מהחום בסביבתם, כך שאם הטמפרטורה עולה, כך גם הלחץ. למעשה, שתי הכמויות קשורות בחוק הגז האידיאלי.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
במיכל קשיח, הלחץ המופעל על ידי גז משתנה ישירות עם הטמפרטורה. אם המכל אינו נוקשה, נפח ולחץ משתנים עם הטמפרטורה בהתאם לחוק הגז האידיאלי.
חוק הגז האידיאלי
חוק הגז האידיאלי נגזר במשך תקופה של שנים באמצעות עבודות ניסוי של מספר אנשים. החוק נובע מחוק בוילס וחוק צ'ארלס וגאי-לוסאק. הראשון קובע כי בטמפרטורה נתונה (T), הלחץ (P) של גז כפול הנפח (V) שהוא תופס הוא קבוע. האחרון אומר לנו שכשמסת הגז (n) מוחזקת קבועה, הנפח פרופורציונלי ישירות לטמפרטורה. בצורתו הסופית, חוק הגז האידיאלי קובע:
PV = nRT, כאשר R הוא קבוע הנקרא קבוע הגז האידיאלי.
אם אתה שומר על מסת הגז ונפח המכולה קבועים, מערכת יחסים זו אומרת לך שהלחץ משתנה ישירות עם הטמפרטורה. אם הייתם משרטטים ערכים שונים של טמפרטורה ולחץ, הגרף יהיה קו ישר עם שיפוע חיובי.
מה אם גז אידיאלי?
גז אידיאלי הוא אחד בו מניחים שהחלקיקים אלסטיים לחלוטין ואינם מושכים או דוחים זה את זה. יתר על כן, חלקיקי הגז עצמם מניחים כי אין להם נפח. אף ששום גז אמיתי אינו עומד בתנאים אלה, רבים מתקרבים דיו בכדי לאפשר יישום של קשר זה. עם זאת, עליך לקחת בחשבון גורמים בעולם האמיתי כאשר הלחץ או המסה של הגז הופכים להיות גבוהים מאוד, או כאשר הנפח והטמפרטורה הופכים להיות נמוכים מאוד. עבור מרבית היישומים בטמפרטורת החדר, חוק הגז האידיאלי מספק קירוב מספיק טוב של התנהגות רוב הגזים.
כמה לחץ משתנה עם טמפרטורה
כל עוד נפח הגז ומסת קבועים, הקשר בין לחץ וטמפרטורה הופך ל- P = KT, כאשר K הוא קבוע הנגזר מהנפח, מספר שומות הגז וקבוע הגז האידיאלי. אם אתה מכניס גז שממלא את תנאי הגז האידיאליים למיכל עם קירות קשיחים כך שהנפח לא יכול להשתנות, לאטום את המכולה ולמדוד את הלחץ על קירות המכולה, אתה תראה שהוא יורד ככל שאתה מוריד את הטמפרטורה. מכיוון שמערכת יחסים זו היא לינארית, אתה רק צריך שתי קריאות של טמפרטורה ולחץ כדי לשרטט קו ממנו אתה יכול לחולץ את לחץ הגז בכל טמפרטורה נתונה.
קשר לינארי זה מתפרק בטמפרטורות נמוכות מאוד כאשר האלסטיות הלא מושלמת של מולקולות הגז הופכת חשובה מספיק כדי להשפיע על התוצאות, אך הלחץ עדיין יקטן ככל שתוריד את הטמפרטורה. הקשר יהיה גם לא לינארי אם מולקולות הגז גדולות מספיק כדי למנוע את סיווג הגז כאידיאלי.