Як проссчітать обсяг повітря
Уявіть, що ви аквалангіст, і вам слід розрахувати повітряну ємність вашого танка. Або уявіть, що ви підірвали повітряна куля до конкретного розміру, і вам цікаво, яке тиск всередині
зміст:
Уявіть, що ви аквалангіст, і вам слід розрахувати повітряну ємність вашого танка. Або уявіть, що ви підірвали повітряна куля до конкретного розміру, і вам цікаво, яке тиск всередині повітряної кулі. Або наприклад, що ви порівнюєте час приготування звичайної духовки і тостера. З чого починати?
Всі ці питання зачіпають об’єму повітря і зв’язку між тиском повітря, температурою і об’ємом. І так, вони пов’язані! На щастя, є ряд наукових законів, уже розроблених для вирішення таких відносин. Вам просто необхідно навчитися їх використовувати. Ми називаємо ці закони газовими законами.
TL; DR (дуже довго, не читав)
газові закони знаходяться:
Чарльз Лоу: п1 ? T1 = P2? T2, де Т знаходиться в Кельвінах.
Закон про комбінований газі: п1В1? T1 = P2В2? T2где Т знаходиться в Кельвінах.
Закон про ідеальному газі: PV = nRT, (вимірювання в одиницях СІ).
Тиск і об’єм повітря: закон Бойлсен
Закон Бойлсен визначає зв’язок між обсягом газу і його тиском. Подумайте про це: якщо ви візьмете коробку, наповнену повітрям, а потім притисне її вдвічі, у молекул повітря виявиться меншою місця для руху, і вони зустрінуться між собою набагато більше. Ці зіткнення молекул повітря між собою і зі сторонами контейнера роблять тиск повітря.
Закон Бойлсен не бере до облік температуру, з цієї причини температура повинна бути постійною для того, щоб застосовувати його.
Бойлз Лоу каже, що при постійній температурі об’єм певної маси (або кількості) газу змінюється обернено пропорційно тиску.
У формі рівняння це:
де П1 і V1 початковий обсяг і тиск, а P2 і V2 новий обсяг і тиск.
прикладНаприклад, ви проектуєте акваріум з акваріумом, в якому тиск повітря становить 3000 фунтів на квадратний дюйм, а обсяг (або «ємність») бака складає 70 кубічних футів. Якщо Ви захочете зробити резервуар з більш великим тиском 3500 фунтів на квадратний дюйм, яким буде обсяг резервуара, якщо ви заповните його тією ж кількістю повітря і збережіть температуру?
Вставте дані значення в закон Бойлсен:
3000 фунтів на квадратний дюйм x 70 футів 3 = 3500 фунтів на квадратний дюйм х V2
Спростіть, після виділіте змінну з одного боку рівняння:
210 000 фунтів на квадратний дюйм x футів 3 = 3500 фунтів на квадратний дюйм х V2
Рефрактометрія. Принцип роботи з рефрактометром. Визначення концентрації речовин.
(210 000 фунтів на квадратний дюйм x футів 3)? 3500 фунтів на кв. Дюйм = V2
Подібним чином, друга версія вашого акваланга буде 60 кубічних футів.
Температура і обсяг повітря: закон Чарльза
Як продемонструвати квантову механіку [Veritasium]
Як щодо співвідношення між обсягом і температурою? При більш високих температурах молекули прискорюються, все сильніше і сильніше стикаючись зі стінками контейнера і виштовхуючи його назовні. Чарльз Лоу дає математику для даної ситуації.
Чарльз Лоу каже, що при регулярному тиску обсяг цієї маси (кількості) газу прямо пропорційний його (безумовної) температурі.
Для Чарльза Лоу тиск повинен підтримуватися постійним, а температура повинна вимірюватися в Кельвінах.
Тиск, температура і об’єм: закон про комбінований газі
Тепер, що якщо у вас є тиск, температура і обсяг все разом в одній і тій же проблемі? Існує правило для цього теж. Закон про комбінований газі бере інформацію з закону Бойлсен і Чарльза Лоу і з’єднує їх, Щоб дізнатися інший нюанс відносини тиск-температура-обсяг.
Закон про комбінований газі каже, що обсяг даної кількості газу пропорційний відношенню його температури Кельвіна і його тиску. Це звучить важко, але погляньте на рівняння:
п1В1 ? T1 = P2В2 ? T2.
Знову ж, температура повинна вимірюватися в Кельвінах.
Закон ідеального газу
Одним з останніх рівнянь, що пов’язують дані показники газу, вважається Закон про ідеальному газі, Закон задається наступним рівнянням:
PV = nRT,
де P = тиск, V = об’єм, n = кількість молей, R собою являє багатоцільова газова стала, що дорівнює 0,0821 л-атм / моль-К, а Т — температура в градусах Кельвіна. Для того, щоб все юніти були правильними, вам необхідно поміняти в одиниці СІтипові одиниці виміру в науковому співтоваристві. Для обсягу, це літрів; для тиску, атм; і для температури, Кельвін (n, число молей, вже в одиницях СІ).
Цей закон називається «прекрасним» газовим законом, оскільки він передбачає, що в розрахунках розглядаються гази, які підходять правилам. У складних умовах, наприклад як екстремально гарячий або холодний, деякі гази можуть діяти не так, як планувалося б Відповідно до закону про ідеальному газі, але в загальному можна висловити припущення, що ваші розрахунки із застосуванням цього закону будуть правильними.
Тепер ви знаєте кілька варіантів розрахунку обсягу повітря при самих різних обставинах.
Як проссчітать щільність повітря
Хоча це може здатися нічим, повітря навколо вас має щільність. Щільність повітря може бути виміряна і вивчена враховуючи специфіку фізики і хімії, наприклад як його вага, маса або об’єм. Вчені та й
зміст:
Хоча це може здатися нічим, повітря навколо вас має щільність. Щільність повітря може бути виміряна і вивчена враховуючи специфіку фізики і хімії, наприклад як його вага, маса або об’єм. Вчені й інженери застосовують такі знання при розробці обладнання і продуктів, якими користуються тиск повітря при накачуванні шин, впорскування матеріалів через всмоктуючі насоси і створення герметичних ущільнень.
Формула щільності повітря
Найбільш проста і звичайна формула щільності повітря просто ділить масу повітря на його обсяг. Це стандартне визначення щільності як? = М / в для щільності? ("ро") В більшості випадків в кг / м 3, маса м в кг і об’ємі В в м 3, Приміром, якщо у вас було 100 кг повітря, який займав об’єм 1 м3 щільність буде 100 кг / м 3 .
Щоб краще зрозуміти щільність повітря, вам слід врахувати, як повітря складається з різних газів при підрахунку його щільності. При постійній температурі, тиску і об’ємі повітря без водяної пари в більшості випадків складається з 78% азоту (N2), 21% кисню (О2) і один відсоток аргону (Арканзас).
Щоб передбачити вплив, який ці молекули надають на тиск повітря, ви можете проссчітать масу повітря як суму атомів азоту 2-ух атомів по 14 атомних одиниць кожен, 2-ух атомів кисню по 16 атомних одиниць кожен і одного атома аргону з 18 атомних одиниць ,
Якщо повітря не повністю сухий, ви також можете додати кілька молекул води (Час2О), вони собою представляють дві атомні одиниці для 2-ух атомів водню і 16 атомних одиниць для єдиного атома кисню. Якщо ви підрахуєте, скільки у вас повітряні маси, ви можете висловити припущення, що ці хімічні складові розподілені по ньому рівномірно, а потім проссчітать в процентному відношенні зміст таких компонентів хімії в повітрі без водяної пари.
Також можна застосовувати питома вага, відношення ваги до об’єму при расчітиваніі щільності. Питома вага * ( «Гамма») задається рівнянням2 = (М * г) / V = ? * Г це додає додаткову змінну грам як константи гравітаційного прискорення 9,8 м / с 2, В даному випадку добуток маси на гравітаційне прискорення собою являє вага газу, і дроблення даної величини на обсяг В можу сказати вам питома вага газу.
Калькулятор щільності повітря
Онлайн-калькулятор щільності повітря, наприклад, від Engineering Toolbox, дозволяє проссчітать теоретичні значення щільності повітря при заданих температурах і тисках. Інтернет ресурс також надає таблицю значень щільності повітря при самих різних температурах і тисках. Ці графіки показують, як щільність і питома вага стають менше при дуже великих температурних значеннях і тиску.
Ви можете зробити це через закон Авогадроса, який говорить, що «рівні об’єми всіх газів при однаковій температурі і тиску мають однакову кількість молекул». Тому вчені та інженери застосовують це співвідношення при підрахунку температури, тиску або густини, коли їм відома інша інформація про обсяг газу, який вони вивчають.
Кривизна таких графіків означає, що між цими величинами існує логарифмічна зв’язок. Ви можете показати, що це відповідає теорії, перебудувавши закон ідеального газу: PV = МРТ для тиску п, обсяг ВМасса газу мгазовая незмінна р (0,167226 Дж / кг К) і температура T отримати? = P / RT, в якому? щільність в одиницях моторне судно маса / об’єм (кг / м 3). Пам’ятайте, що ця версія закону про ідеальному газі застосовує р газова стала в одиницях маси, а не в молях.
Вниз – це куди? [Vsauce]
Зміна закону ідеального газу показує, що з ростом температури щільність збільшується логарифмічно, так як 1 / Т пропорційно?. Ця зворотна залежність описує кривизну графіків щільності повітря і таблиць щільності повітря.
Щільність повітря проти висоти
Повітря без водяної пари може підпадати під одне з 2-ух визначень. Це може бути повітря без якихось слідів води або повітря з невисокою відносною вологістю, який дозволяється змінювати на значних висотах. Таблиці щільності повітря, наприклад таблиця на Omnicalculator, показують, як щільність повітря змінюється в залежності від висоти. Omnicalculator також має калькулятор для визначення повітряного тиску на заданій висоті.
Лекторій для юних хіміків 2 Таємниці будови атома
У міру збільшення висоти тиск повітря зменшується, в основному, через гравітаційного тяжіння між повітрям і землею. Це завдяки тому, що гравітаційне тяжіння між землею і молекулами повітря зменшується, роблячи менше тиск сил між молекулами, коли ви піднімаєтеся на дуже високі висоти.
Це також відбувається завдяки тому, що молекули самі мають малу вагу через меншої ваги через гравітації на значних висотах. Завдяки цьому стає зрозуміло, чому деяким продуктам потрібно часу більше для готування їжі на значних висотах, оскільки їм потрібно більше тепла або більш велика температура для збудження молекул газу всередині них.
Авіаційні альтиметр, прилади, які вимірюють висоту, застосовують це щоб провести вимірювання тиску і застосовують його для оцінки висоти, в більшості випадків в термінах середнього морського рівня (MSL). Система глобального позиціонування (GPS) надає вам більш правильну відповідь, міряючи практичне відстань над рівнем моря.
одиниці щільності
Вчені й інженери як правило застосовують одиниці СІ для щільності кг / м 3, Інше застосування може бути найбільш прийнятним в залежності від випадку і цілі. Менші щільності, наприклад вміст мікроелементів в твердих об’єктах, наприклад як сталь, в основному, легше висловити, застосовуючи одиниці в г / см. 3, Інші потенційні одиниці щільності включають кг / л і г / мл.
Пам’ятайте, що при перетворенні між різними одиницями вимірювання щільності варто мати на увазі три вимірювання об’єму як експонентний показник, при необхідності поміняти одиниці виміру обсягу.
Наприклад, якщо ви хочете поміняти 5 кг / см 3 до кг / м 3, ви б помножили 5 на 100 3, а не просто 100, щоб отримати результат 5 x 10 Вага 6 кг / м 3 .
Інші комфортні зміни включають 1 г / см 3 = 0,001 кг / м 3 1 кг / л = 1000 кг / м 3 і 1 г / мл = 1000 кг / м 3, Ці відносини показують багатофункціональність одиниць щільності для бажаної ситуації.
У загально-прийнятих в Сполучених Штатах стандартах одиниць ви можете більш звикнути до застосування подібних одиниць, як фути або фунти замість метрів або кілограмів виходячи з цього. У таких сценаріях ви можете згадати деякі корисні зміни, наприклад 1 унція / дюйм 3 = 108 фунтів / фут 3, 1 фунт / галон? 7,48 фунт / фут 3 і 1 фунт / ярд 3 0,037 фунт / фут 3, В даних випадках? відноситься до наближення, оскільки ці числа для зміни не вважаються точними.
Ці одиниці щільності можуть дати вам краще уявлення про те, як поміряти щільність більш абстрактних або нюансовой понять, наприклад як щільність енергії матеріалів, які застосовуються в хімічних реакціях. Це може бути щільність енергії палива, що застосовується автомобілями для запалювання, або скільки ядерної енергії може зберігатися в цих елементах, як уран.
Наприклад, порівняння щільності повітря з щільністю ліній електричного поля навколо електрично зарядженого об’єкта може дати вам краще уявлення про те, як інтегрувати величини в самих різних обсягах.
