Газ: тиск, об'єм і температура

Майкл і Леон грають у настільний теніс. Ой! Я наступив на м’яч. Дивися, на ньому вм'ятина. Ми не можемо з ним грати, він зіпсований! Насправді м'яч не зіпсований, на пластику лише вм'ятина — дірки немає, а отже, там ще є повітря. О, я знаю, як це виправити! Нам потрібно просто опустити його в гарячу воду! Леон має рацію, нагрівання пом’ятого м'яча може виправити його форму. Але як це працює? Це працює завдяки співвідношенню між тиском, об'ємом, і температурою газу, що заповнює м'яч. Розглянемо спочатку об'єм і температуру. М'яч для пінг-понгу являє собою пластикову кулю, що містить певну кількість повітря. Повітря не може входити або залишати м’яч самостійно. Коли ви кладете м'яч із вм'ятиною в гарячу воду, повітря всередині нагрівається і розширюється. Повітря, що розширюється, займає більше місця, тому воно чинить тиск на внутрішні стінки м’яча і виштовхує зім’ятий пластик назовні. Завдяки цьому м’яч знову повертається у форму кулі. Таке співвідношення між об’ємом і температурою газу відоме як закон Чарльза. Відповідно до цього закону, відношення об'єму до температури певної кількості газу, є постійним за постійного тиску. Це означає, що якщо тиск залишається незмінним, об'єм певної кількості газу збільшується пропорційно до підвищення температури. З іншого боку, зниження температури, призведе до пропорційного зменшення в обсязі. Гаразд, тепер ми знаємо, як температура та об’єм взаємопов’язані. А як щодо температури і тиску? Для цього розглянемо інший приклад. Ви помітили, що аерозольні балончики, наприклад аерозольні фарби, містять попередження, що їх необхідно зберігати подалі від джерел тепла? Ви коли-небудь замислювалися, чому? Аерозольні балончики містять інгредієнти які знаходяться під високим тиском. Під час впливу високих температур, тиск газу всередині балона зростає. Через певний час, газ чинить такий великий тиск на стінки балону, що він вибухає. Цей приклад ілюструє, що за постійного обсягу, підвищення температури призводить до підвищення тиску. Співвідношення між тиском і температурою газу описується законом Амонтона, а також посилається на закон Гей-Люссака. За цим законом тиск газу, що має постійну масу і фіксований об’єм прямо пропорційний абсолютній температурі газу. Іншими словами, відношення тиску до температури є постійним за постійного обсягу. Що ж щодо тиску і об’єму? Давайте знову візьмемо цей балончик. Усередині балону знаходяться два основних інгредієнти: газ і лакофарбовий матеріал. Газ знаходиться під сильним тиском, тому займає мало місця. Але коли ви натискаєте на розпилювач, тиск різко знижується, і об’єм газу збільшується. Тому ти можешь пофарбувати велику поверхню лише за допомогою вмісту одного балончика. Цей приклад демонструє, що зменшення об’єму газу всередині підвищує його тиск, а збільшення об’єму - зменшує його тиск. І під час зменшення тиску обсяг збільшується. Цей зв’язок викладений у законі Бойля: Обсяг заданої кількості газу за постійної температури обернено пропорційний тиску, під яким його вимірюють. Співвідношення, описані законом Чарльза, законом Гей-Люссака і законом Бойля є три так званих закони ідеальних газів. Закони ідеальних газів можна застосувати умовно до всіх газів. М'яч полагоджено! Ще одна гра, Майкле? Звичайно!