1.9: 理想気体法律

1. サンプルの体積を測定

1. サンプルを慎重に洗浄及び乾燥しています。
2. 十分な高解像度のメスシリンダーを記入サンプルをカバーする蒸留水します。最初のボリュームに注意してください。
3. 水の中にサンプルを削除し、ボリュームの変更に注意してください。これは、サンプルでは、V の量です。
4. サンプルを削除して、それを乾燥します。注: また、測定サンプルの側 length(s) とジオメトリを使用してそのボリュームを計算します。

2. 負荷バランスのサンプル

1. 磁気浮上天秤でサンプルをハングします。
2. サンプルのまわりの圧力/温度チャンバーをインストールします。
3. サンプル環境を避難させると 1 つのバーに水素ガスを補充します。
4. 1 のバーと室内の温度、w では試料重量を測定₀₀ 。

3 常温で圧力の関数としての測定試料重量

1. P_i0にサンプルの環境の圧力を増減させます。
2. サンプル環境を平衡化を許可します。
3. サンプルでは、w_i0の重量を測定します。
4. 3.1 3.3 を何度も繰り返します。

4. 種々 の温度における圧力の関数として測定サンプル重量

1. T_jに温度を設定し、平衡にそれをさせます。
2. 水素ガスの圧力を 1 つのバーに設定します。
3. 1 バーと T_j、w_{0 j}では試料重量を測定します。
4. P_ijに圧力を増減し、平衡にそれを許可します。
5. サンプルでは、w の_ijの重量を測定します。
6. 4.4 4.5 を何度も繰り返します。
7. 必要に応じて 4.1 4.6 を繰り返します。

5. 理想的な気体定数を計算します。

1. 測定値 {T_jP_ij、_ijw} P_{0 j}は常に 1 つのバー、T₀は測定した部屋の温度を集計します。
2. 計算し、違い Δw_ijや方程式 6と式 7を使用して各温度 T_jで ΔP_ijを集計します。
   Δw_ij = w_ij - w_{0 j} (方程式 6)
   Δw_ij = P_ij - P_{0 j} = P_ij - 1 (方程式 7) バー
3. R_ij各測定を計算し、平均値 r. また、理想気体の定数を決定するすべての値は、Δw_ij (分子量 MW で割った値) の積の関数として ΔP_ijや V の製品をプロットと T_j水素の斜面、R. (方程式 8および9) を決定するための線形回帰分析を実行してMW = 2.016 g/mol。
   ΔP V = Δn RT (方程式 8)
   (式 9)

理想気体の法則は、科学において基本的かつ有用な関係であり、周囲に近い条件での最も一般的なガスの振る舞いを説明しています。

理想気体の法則 PV=nRT は、閉鎖系内の気体の分子数と 3 つの測定可能なシステム変数 (圧力、温度、体積) との関係を定義します。

理想気体の法則は、いくつかの仮定に依存しています。まず、ガス分子の体積は無視できるほど小さいです。第二に、分子はニュートンの運動法則に従う硬い球体として振る舞うということです。そして最後に、分子間には分子間の引力はありません。それらは弾性衝突を通じてのみ相互に作用するため、運動エネルギーの正味の損失はありません。高圧では、ガスはこの理想的な挙動から逸脱し、ガス密度が増加し、ガス分子の実際の体積が重要になります。同様に、ガスは極低温で逸脱するため、引力のある分子間相互作用が重要になります。重いガスは、密度が高く、分子間相互作用が強いため、周囲温度や圧力でも逸脱する可能性があります。

このビデオでは、温度と圧力の関数としてガスの密度の変化を測定することにより、理想気体の法則を実験的に確認します。

理想気体の法則は、4つの重要な関係から導き出されます。まず、ボイルの法則は、ガスの圧力と体積の間の反比例関係を説明しています。次に、ゲイ・リュサックの法則は、温度と圧力は比例すると述べています。同様に、チャールズの法則は、温度と体積の比例性のステートメントです。これら3つの関係は、複合ガスの法則を形成し、これにより、多くの異なる条件で単一のガスを比較できます。

最後に、アボガドロは、同じ体積、温度、圧力に保持された任意の2つのガスに同じ数の分子が含まれていることを決定しました。同じ条件下でのガスは通常、同じように振る舞うため、ユニバーサルガス定数と呼ばれる比例定数ですか?(R)は、これらのパラメータを関連付けることがわかり、異なるガスの比較を可能にすることができました。Rには、分子あたりの温度あたりのエネルギーの単位があります;?たとえば、モルあたりケルビンあたりのジュールです。

理想気体の法則は、気体システムの状態関係を理解するための貴重なツールです。たとえば、温度と圧力が一定のシステムでは、ガス分子を追加すると体積が増加します。

同様に、分子が加算または減算されない閉鎖系の一定温度では、体積が減少するとガスの圧力が増加します。

磁気サスペンションバランスは、システムの物理的特性を測定することにより、理想気体の法則を実験的に確認するために使用できます。一定の質量と体積の固体サンプルの重量は、その周囲のガスの特性のプローブとして役立ちます。

システム内の圧力が上昇すると、一定のシステム体積と温度で、システム内のガス分子の量が増加し、それによってガス密度が増加します。このガスに沈められた硬い固体サンプルは浮力の影響を受けやすく、質量は変化しませんが、見かけの重量は減少します。ガス密度の変化は、物体の重量の変化が変位するガスの重量の変化に等しいというアルキメデスの原理により決定できます。

異なる圧力および温度条件下でのガス密度の正確な挙動は、前述の近似が真であれば理想気体の法則に対応し、万能気体定数Rの直接的な計算が可能になります。

次の一連の実験では、ミクロバランスを使用して理想気体の法則を確認し、万能気体定数を決定します。 R、温度と圧力の関数として水素の密度を測定することにより。まず、サンプル(この場合は細かく機械加工されたアルミニウムブロック)をアセトンで慎重に洗浄し、乾燥させます。メスシリンダーにサンプルを覆うのに十分な蒸留水を満たして、サンプルの体積を測定します。初期ボリュームに注意してください。サンプルを水に浸し、体積の変化に注意してください。

サンプルを取り出し、慎重に洗浄して乾燥させます。次に、グローブボックスの内側にある磁気サスペンションバランスにロードします。サンプルの周囲に圧力温度チャンバーを取り付けます。これで、サンプルはどの壁にも触れずに、閉じたシステムに磁気的に吊り下げられます。

サンプル環境を排気し、水素ガスを1バールの圧力まで補充します。

サンプルの重量を測定し、室温での初期重量としてラベル付けします。次に、サンプル環境の圧力を2 barに上げ、平衡化させます。新しい圧力で重量を測定します。これらのステップをいくつかの圧力で数回繰り返して、対応する圧力で一連のサンプルウェイトを、すべて室温で取得します。

次に、より高い温度での圧力の関数として重量を測定します。最初にサンプル環境を排気し、次に温度を150°Cに上げますか?Cと平衡化させます。次に、圧力を1バールに上げます。サンプル重量を測定し、150 で初期重量としてラベル付けしますか?Cと1バール。圧力を上げ、平衡化させて、重量を測定します。これらの手順を繰り返して、さまざまな圧力で一連のサンプル重量を測定します。より多くのデータを取得するには、他の一定の温度と圧力で一連の重量測定を繰り返します。

理想気体定数を計算するには、各温度と圧力でのサンプル重量の測定値を表にします。

次に、1つの温度セット内のサンプル重量のすべてのペア間の差を計算して、圧力の変化の関数としての重量の変化のすべての可能な組み合わせ、または?wを取得します。この変化は、サンプルによって置換される水素ガスの重量の変化に相当します。

同様に、対応する圧力の差をすべて計算して圧力の変化を求めるか、または各温度の重量と圧力の変化のすべてのペアを表にします。温度の単位をケルビンに変換し、圧力の単位をパスカルに変換します。

体積と温度は一連の測定ごとに一定に保たれるため、理想気体の法則は次のように書くことができますか?PV=?nRTです。?n は ?w を水素の分子量で割った値に等しいため、 ?w の各値に対して ?n の各値を計算します。

圧力変化とサンプル体積の積を ?n と温度の積の関数としてプロットします。線形回帰分析を実行して、正しく行われた場合にユニバーサル気体定数と等しくなる傾きを決定します。

理想気体方程式は、多くの現実世界のシナリオ、通常は周囲温度と圧力のガスで実行されるシナリオで使用されます。すべてのガスは、高圧での理想的な動作から逸脱します。ただし、二酸化炭素などの一部のガスは、他のガスよりも大きく逸脱します。この実験では、炭酸ガスについて理想的な挙動からの逸脱を測定しました。手順は、水素で行われた以前の実験と同じでした。

圧力×体積とモル×温度のプロットをプロットし、プロットの傾きから理想気体定数を計算しました。二酸化炭素は、周囲条件下でも理想的な動作から大幅に逸脱しました。この挙動は、水素では観察されなかった引力的な分子間相互作用によって引き起こされました。

理想気体の法則は、空気サンプル中の爆発性ガスの同定と定量化に使用されます。この研究分野は、軍事と安全保障にとって非常に重要です。

ここでは、ガスサンプルの爆発性成分を温度脱着ガスクロマトグラフィーを使用して定量しました。次に、データと理想気体の法則を使用して、これらの危険物質を定量化しました。

JoVEの理想気体の法則の紹介をご覧になりました。このビデオを見た後、法則の概念と、方程式が適用される状況を理解する必要があります。

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