Chapter 5: Gases

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5.1:

압력과 압력의 측정

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Chemistry

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Definition and Measurement of Pressure: Atmospheric Pressure, Barometer, and Manometer

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5.2: Gas Laws: Boyle’s, Gay-Lussac, Charles’, Avogadro’s, and Ideal Gas Law

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기체는 항상 기체가 들어있는 용기의 모양과 부피를 가진다는 것을 상기해 봅시다. 현미경으로 보면, 기체는 서로 충돌하는 움직이는 입자와 용기의 벽으로 구성되어 있습니다. 벽에 충돌하는 매 입자는 충돌 부위에 작은 힘을 가합니다.그러한 충돌이 많이 발생하여 생기는 힘이 압력이 됩니다. 기체 입자가 적을수록 충돌 횟수가 줄어들고 단위 면적당 힘이 작아지며, 따라서 압력이 작아집니다. 즉 압력은 주어진 부피 안의 입자 수, 또는 기체의 밀도에 정비례합니다.여러 가지 다른 기체 원자와 분자의 혼합물인 공기는 지구 표면의 모든 곳에 압력을 가합니다. 이것이 대기압이며 기압계를 이용하여 측정합니다. 전통적인 기압계는 수은이 들어있는 접시에 수은을 채운 유리관을 거꾸로 세운 것입니다.대기에 의해 가해지는 압력에 반응하여 수은주의 높이는 상승하거나 하강합니다. 높이를 측정하면 대기압을 측정할 수 있습니다. 해수면에서 대기압은 1 기압이며 이때 수은주의 높이는 760 밀리미터입니다.높은 고도에서는 공기 밀도가 낮아져 수은주의 높이가 낮아지고 이것은 대기압이 낮음을 나타냅니다. 용기에 있는 기체의 압력은 압력계를 사용하여 측정합니다. 페쇄형 압력계는 수은이 채워진 U자관으로 구성됩니다.한쪽 끝은 진공상태로 밀봉되고, 다른 쪽 끝은 기체 샘플로 채워진 용기에 연결됩니다. 기체 입자는 튜브의 한쪽 끝에서 수은주를 밀어내려 기체가 가하는 압력에 해당한 높이 차이를 만듭니다. 개방형 압력계에서는 한쪽 끝이 대기에 열려 있습니다.이것은 대기압에 상대적인 기체 샘플의 압력을 측정합니다. 기체가 대기압보다 높은 압력을 가하면, 대기압에 높이 차이가 더해집니다. 이것은 기체 샘플의 압력이 됩니다.반대로 대기가 기체 샘플보다 큰 압력을 가하면 대기압에서 높이 차이를 덜어 기체 압력을 얻습니다.

5.1:

압력과 압력의 측정

가스 압력은 물체 표면과 충돌하는 가스 분자에 의해 가해지는 힘에 의해 발생합니다. 각 충돌의 힘은 매우 작지만, 상당한 영역의 표면은 짧은 시간에 많은 수의 충돌을 경험하여 고압을 초래할 수 있습니다.

일반적으로 압력은 지정된 영역에 가해지는 힘으로 정의됩니다.

압력은 힘에 비례하며 영역에 반비례합니다. 따라서, 압력은 힘의 양을 증가시키거나 적용되는 영역을 감소시킴으로써 증가할 수 있다; 압력을 감소하거나 면적을 증가시킴으로써 감소될 수 있다.

압력의 SI 단위는 파스칼 (Pa),와 1 Pa = 1 N / m^2,여기서 N은 뉴턴, 1kg·m/s^2로정의 된 힘의 단위. 하나의 파스칼은 작은 압력입니다; 대부분의 경우 킬로파스칼(1kPa = 1000 Pa) 또는 막대(1bar = 100,000 Pa)를 사용하는 것이 더 편리합니다. 압력은 또한 단위 대기(atm)를 사용하여 측정될 수 있습니다.

압력 측정

대기압은 지구 표면의 대기에 의해 가해지는 힘이 기압계로 측정됩니다. 기압계는 한쪽 끝에 닫혀 수은과 같은 비휘발성 액체로 채워진 다음 반전되어 해당 액체의 용기에 침지되는 유리 튜브입니다. 대기는 튜브 외부의 액체에 압력을 가하고, 액체 컬럼은 튜브 내부의 압력을 가하고, 액체 표면의 압력은 튜브 안팎과 동일합니다. 따라서 튜브내의 액체 높이는 대기에 의해 가해지는 압력에 비례한다.

기압계에서 수은은 물보다 13.5배 더 밀도가 높기 때문에 물보다 선호하는 선택입니다. 대기압은 높이가 약 0.760m에 불과한 수은 기둥을 지원할 수 있지만, 물 기둥은 10.3m가 되어야 합니다. 이것은 수은의 기둥이 압력을 측정하는 편리한 방법입니다.

해수면(101,325Pa)에서 1atm의 표준 대기압은 약 760mm(29.92in)의 수은 기둥에 해당한다. 중력으로 인해 유체에 의해 가해지는 압력은 정압 압력, p로알려져 있습니다.

여기서 h는 유체의 높이이고, θ는 유체의 밀도이며, g는 중력으로 인한 가속이다.

기마계는 용기에 갇힌 가스의 압력을 측정하는 데 사용되는 장치입니다. 폐쇄형 기미터는 한쪽 팔을 닫은 U자형 튜브, 측정할 가스에 연결되는 한 쪽 팔, 그 사이에 수은이 있는 U자형 튜브입니다. 튜브의 두 팔의 액체 수준 사이의 거리, h, 용기내가스의 압력에 비례한다. 개방형 기마계에서는 튜브의 한쪽 팔이 대기권에 개방되어 있습니다. 이 경우 액체 수준 사이의 거리는 용기와 대기 중의 가스 간의 압력 차이에 해당합니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 9.1: 가스 압력에서적용됩니다.