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Ideale Gasgesetz

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Das ideale Gasgesetz ist eine grundlegende und nützliche Beziehung in der Wissenschaft, wie es das Verhalten der am häufigsten verwendeten Gase bei in der Nähe-Umgebungsbedingungen beschreibt.

Das ideale Gasgesetz, PV = nRT, definiert die Beziehung zwischen der Anzahl der Moleküle des Gases in einem geschlossenen System und drei messbare Systemvariablen: Druck, Temperatur und Volumen.

Das ideale Gasgesetz aus ersten Prinzipien ableiten beruht auf zwei Annahmen. Erstens, dass die Gasmoleküle selbst kein Volumen haben. Zweitens: die Moleküle nie interagieren oder Austausch von Energie. Gasen abweichen von diesem idealen Verhalten bei hohen Drücken, wo der gasdichte erhöht, und die reale Volumen der Gasmoleküle gewinnt an Bedeutung. In ähnlicher Weise abweichen Gase bei extrem niedrigen Temperaturen, wo attraktive intermolekulare Wechselwirkungen an Bedeutung gewonnen. Schwerere Gase können auch bei Raumtemperatur und Druck aufgrund ihrer höheren Dichte und stärkeren intermolekularen Wechselwirkungen abweichen.

Dieses Video wird das ideale Gasgesetz experimentell bestätigen, durch Messung der Veränderung der Dichte eines Gases in Abhängigkeit von Temperatur und Druck.

Das ideale Gasgesetz wird von vier wichtigen Beziehungen abgeleitet. Boyles Gesetz beschreibt zunächst die umgekehrt proportionale Beziehung zwischen Druck und Volumen eines Gases. Als nächstes bestimmt Gay-Lussac Gesetz, dass Temperatur und Druck proportional sind. Ebenso ist Karls Gesetz eine Aussage über die Verhältnismäßigkeit zwischen Temperatur und Wassermenge. Diese drei Beziehungen bilden das kombinierte Gasgesetz, das den Vergleich eines einzelnen Gases über viele verschiedene Bedingungen ermöglicht.

Schließlich festgestellt Avogadro, dass keine zwei Gase, bei gleichem Volumen, Temperatur und Druck, statt die gleiche Anzahl von Molekülen enthalten. Da Gase unter der gleichen Bedingung in der Regel das gleiche Verhalten, konnte eine Konstante der Verhältnismäßigkeit, die allgemeine Gaskonstante (R), rief gefunden werden, diese Parameter ermöglichen den Vergleich verschiedener Gase beziehen. R hat Maßeinheiten von Energie pro Temperatur pro Molekül; zum Beispiel, Joule pro Kelvin pro Mol.

Das ideale Gasgesetz ist ein wertvolles Werkzeug in staatlichen Beziehungen in gasförmigen Systemen zu verstehen. Beispielsweise führt die Zugabe von mehr Gasmoleküle in einem System von konstanter Temperatur und Druck, erhöhte Volumen.

Ebenso wird bei konstanter Temperatur in einem geschlossenen System, wo keine Moleküle addiert oder subtrahiert werden, der Druck eines Gases erhöht Volumen verringert wird.

Ein magnetischer Aufhängung Gleichgewicht kann verwendet werden, um das ideale Gasgesetz experimentell zu bestätigen, durch die Messung der physikalischen Eigenschaften eines Systems. Das Gewicht einer festen Probe konstanten Masse und Volumen dient als eine Sonde der Eigenschaften des Gases um ihn herum.

Zunehmender Druck im System bei konstante Systemvolume und Temperatur, erhöht die Menge der Gasmoleküle im System, wodurch der Gasdichte. Die starren feste Probe eingetaucht in dieses Gas unterliegt Auftrieb, und seine scheinbare Gewicht sinkt, obwohl seine Masse unverändert ist. Die Veränderung der gasdichte kann wegen Archimedes Prinzip ermittelt werden, die besagt, dass die Änderung im Objekt Gewicht gleich die Änderung im Gewicht des Gases, die verdrängt wird.

Die genaue Verhalten der gasdichte unter verschiedenen Druck- und Temperaturbedingungen werden das ideale Gasgesetz entsprechen, wenn sich die zuvor beschriebenen Annäherungen, ermöglicht die einfache Berechnung der allgemeine Gaskonstante, R.

In der folgenden Serie von Experimenten dienen einer Mikrowaage bestätigen das ideale Gasgesetz und die allgemeine Gaskonstante R, durch Messung der Dichte des Wasserstoffs als Funktion der Temperatur und des Drucks zu bestimmen. Zuerst sorgfältig reinigen Sie die Probe, in diesem Fall ein fein bearbeiteten Aluminium-Block, mit Aceton und trocknen Sie. Messen Sie das Volumen der Probe durch das Ausfüllen eines abgestuften Zylinder mit genug destilliertes Wasser auf die Probe zu decken. Beachten Sie das Ausgangsvolumen. Tauchen Sie die Probe in das Wasser, und beachten Sie die Volumenänderung.

Entfernen Sie und vorsichtig reinigen Sie und trocknen Sie die Probe. Als nächstes laden Sie sie in das magnetischer Aufhängung Gleichgewicht, in diesem Fall befindet sich im Inneren ein Handschuhfach. Installieren Sie die Druck-Temperatur-Kammer um die Probe. Die Probe ist nun magnetisch ausgesetzt, in einem geschlossenen System, keine der Wände zu berühren.

Evakuieren Sie die Probenumgebung zu und füllen Sie mit Wasserstoff bei einem Druck von 1 Bar.

Messen Sie das Gewicht der Probe zu, und bezeichnen Sie es als das Ausgangsgewicht bei Raumtemperatur. Danach erhöhen Sie den Druck in der Probenumgebung auf 2 Bar und lassen Sie es equilibrate. Das Gewicht auf den neuen Druck zu messen. Wiederholen Sie diese Schritte mehrmals an einer Reihe von Belastungen, eine Reihe von Einwaagen bei entsprechenden Druck, alle bei Raumtemperatur zu erwerben.

Als nächstes messen Sie Gewicht als Funktion des Drucks bei einer höheren Temperatur. Zuerst evakuieren Sie die Probenumgebung, dann erhöhen Sie die Temperatur auf 150 ° C und lassen Sie es zu equilibrate. Dann erhöhen Sie den Druck bis 1 Bar. Messen Sie das Gewicht der Probe zu, und bezeichnen Sie es als das Ausgangsgewicht bei 150 ° C und 1 Bar. Erhöhen Sie den Druck, lassen Sie es zu equilibrate und Messen Sie das Gewicht. Wiederholen Sie diese Schritte, um eine Reihe von Einwaagen auf eine Reihe von Druck zu messen. Um mehr Daten zu erhalten, wiederholen Sie die Reihe der Gewichtsmessung bei anderen konstanten Temperaturen und drücke.

Um die ideale Gaskonstante berechnen, Tabellieren Sie die gemessenen Werte der Einwaage bei jeder Temperatur und Druck.

Als Nächstes berechnen Sie die Unterschiede zwischen allen Paaren von Einwaagen innerhalb einer einzelnen Temperatur eingestellt, alle mögliche Kombinationen der Änderung im Gewicht als Funktion der Änderung in Druck oder Δw zu erhalten. Diese Änderung ist gleichbedeutend mit der Änderung im Gewicht von Wasserstoffgas, das durch die Probe verdrängt wird.

In ähnlicher Weise berechnen Sie alle entsprechenden Druckunterschiede Änderung in Druck oder ΔP zu erhalten. Tabellieren Sie alle Paare von Veränderungen in Gewicht und Druck für jede Temperatur. Konvertieren Sie die Einheiten der Temperatur in Kelvin und die Einheiten des Drucks auf Pascals.

Da das Volumen und die Temperatur für jede Serie von Messungen konstant bleiben, das ideale Gasgesetz kann als ΔPV geschrieben werden = ΔnRT. Da Δn Δw geteilt durch das Molekulargewicht von Wasserstoff entspricht, berechnen Sie jeden Wert des Δn für jeden Wert des Δw.

Plot-das Produkt der Druckänderung und probieren Sie Volumen, als eine Funktion des Produkts von Δn und Temperatur. Führen Sie eine lineare Regression-Analyse, um die Steigung zu bestimmen, die welche die allgemeine Gaskonstante gleich wird, wenn es richtig gemacht.

Die Ideale Gasgleichung dient in vielen realen Szenarien, typischerweise diejenigen, die mit Gasen bei Umgebungstemperatur und Druck durchgeführt. Alle Gase abweichen vom idealen Verhalten unter hohem Druck; jedoch weichen einige Gase wie Kohlendioxid, mehr als andere. In diesem Experiment wurden Abweichungen vom idealen Verhalten für Kohlendioxid gemessen. Das Verfahren war identisch mit dem vorherigen Experiment durchgeführt mit Wasserstoff.

Ein Grundstück von Druck mal Volumen gegen die Maulwürfe Mal Temperatur aufgetragen wurde, und die ideale Gaskonstante aus der Neigung des Grundstücks berechnet. Kohlendioxid wich deutlich von ideales Verhalten, auch bei Umgebungsbedingungen. Dieses Verhalten wurde durch attraktiven intermolekularen Wechselwirkungen verursacht, die nicht mit Wasserstoff zu beobachten war.

Das ideale Gasgesetz dient der Identifizierung und Quantifizierung von explosiven Gasen in Luftproben. Dieses Forschungsgebiet ist extrem wichtig für das Militär und Sicherheit.

Hier wurden explosive Bestandteil einer Gasprobe quantifiziert mit Temperatur Desorption Gaschromatographie. Die Daten sowie das ideale Gasgesetz wurden dann verwendet, um diese gefährlichen Stoffe zu quantifizieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in das ideale Gasgesetz beobachtet. Nachdem ich dieses Video, sollten Sie verstehen, das Konzept des Gesetzes, und Situationen, wo die Gleichung gilt.

Danke fürs Zuschauen!

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