Шта је Р гасна константа?
Основна константа у термодинамици, гасна константа (означена као Р), користи се за повезивање карактеристика гасова једне са другима. Закон идеалног гаса, који прецизира
,како се понашају савршени гасови, има референцу на то. Према закону о идеалном гасу, однос између притиска, запремине и температуре идеалног гаса је пропорционалан броју присутних молова (н) гаса, при чему Р служи као константа пропорционалности.
У зависности од изабраног метода мерења, Р се изражава у различитим јединицама. Ј/(мол К) и Л/(мол К) су две најпопуларније јединице. Р представља гасну константу у првом случају у џулима по мол-келвину и каснијем случају у литрима-атмосферама по мол-келвину.
Друге фундаменталне константе, као што су Авогадров број (На) и Болцманова константа (к), могу се користити за одређивање вредности Р. У терминима који нису СИ, Р је отприлике еквивалентан 0,0821 Латм/(молК), али у СИ јединицама , то је приближно еквивалентно 8,314 Ј/(молК).
Када користити Р = 8,314 Ј/(мол·К)
а. Енерги Унитс
Р = 8,314 Ј/(молК) треба користити када се ради о енергетским јединицама мереним у џулима, као што је за израчунавање промена енергије у реакцији или топлоте која се преноси током процеса. Ова вредност омогућава доследност у прорачунима енергије.
б. Моларне количине
Када се говори о моларним количинама као што су број молова гаса или моларна маса, користи се Р = 8,314 Ј/(молК). Ако се закон идеалног гаса или друге термодинамичке једначине које укључују молове израчунају са овим бројем, јединице ће се исправно поништити.
ц. Јединице температуре
Р = 8,314 Ј/(молК) треба користити када се користи Келвин (К) као јединица температуре. Пошто је Келвин апсолутна скала са 0 која не представља молекуларно кретање, то је омиљена температурна скала у термодинамици. Р = 0,0821 Л атм/(мол К): Овај однос се користи при конверзији између СИ и не-СИ јединица, посебно када се пореде мерења притиска и запремине. У литрима-атмосферама по мол-келвину, ова јединица за Р је дефинисана.
Када користити Р = 0,0821 Л�атм/(мол�К):
а. Јединице запремине
Погодно је користити Р = 0,0821 Латм/(молК) када се ради са јединицама запремине у литрима (Л), као што је за израчунавање густине гаса или мерење запремине гаса. Када се литри користе као јединица запремине, ова вредност гарантује конзистентност.
б. Јединице притиска
Када се користи атмосфера (атм) као јединица за притисак, Р = 0,0821 Л/(молК). Инжењерске и индустријске апликације где је атм изабрана јединица притиска често користе ову вредност.
ц. Закон о идеалном гасу у јединицама које нису СИ
Прикладно је користити Р = 0,0821 Латм/(молК) да би се једначина закона идеалног гаса (ПВ = нРТ) одржала доследном док се користе јединице које нису СИ за притисак (атм) и запремину (Л).
На избор Р вредности утичу јединице које су коришћене у процесу израчунавања или решавања проблема, важно је запамтити ово. Да би се различите једначине или бројеви комбиновали тачно и смислено, неопходно је осигурати да су јединице конзистентне.
Преко закона идеалног гаса могуће је повезати својства гасова са гасном константом Р. Мерне јединице које се користе утичу на вредност Р. Када се ради о јединицама енергије, моларним количинама и Келвиновској температури, вредност је 8,314 Ј/(молК) се користи у СИ јединицама. У јединицама које нису СИ, посебно када се ради о литрима, атмосферама и мол К, користи се вредност од 0,0821 Л атм/мол К.
Примене Р гасне константе
Неке од кључних примена гасне константе.
Закон о идеалном гасу
Закон идеалног гаса, који одређује како се идеални гасови понашају, није потпун без гасне константе. ПВ = нРТ је једначина за закон идеалног гаса, где је П притисак, В запремина, н мол гаса, Т температура, а Р гасна константа.
У многим гранама науке и инжењерства ова једначина се често користи јер нам омогућава да повежемо основне карактеристике гасова, као што су притисак, запремина, температура и број молова.
Гас Стеицхиометри
Стехиометрија гаса, која испитује квантитативне корелације између реактаната и производа у хемијским реакцијама, у великој мери зависи од гасне константе.
Лако је открити колико је реактаната или производа укључено у реакцију користећи закон идеалног гаса и идеју моларне запремине, што је запремина коју заузима један мол гаса на одређеној температури и притиску. Ово је посебно корисно у областима као што су хемијско инжењерство и производња где је неопходна прецизна контрола над количинама реактаната.
Термодинамика
Гасна константа се појављује у великом броју једначина и односа у термодинамици. Као што показује једначина У = нЦвТ, где је Цв моларни специфични топлотни капацитет при константној запремини, користи се, на пример, за израчунавање промене унутрашње енергије (У) система.
Варијације ентропије (С) и енталпије (Х) гасова се такође израчунавају коришћењем гасне константе. У истраживању преноса енергије и избора параметара система, ови термодинамички концепти су кључни.
Гас Лавс
Кључна компонента неколико гасних закона, који објашњавају везе између различитих својстава гаса, је гасна константа. Гасни закони укључују Бојлов закон (ПВ = константа), Чарлсов закон (В/Т = константа) и Авогадров закон (В/н = константа). Ови принципи, заједно са законом о идеалном гасу, омогућавају научницима и инжењерима да предвиде резултате и решавају проблеме у вези са гасом у различитим окружењима.
Реал Гасес
Док закон идеалног гаса претпоставља да се гасови понашају оптимално, прави гасови се не понашају увек тако, посебно при високим притисцима и ниским температурама. Ван дер Валсова једначина, варијација закона идеалног гаса која узима у обзир међумолекулске силе и коначну величину молекула гаса, користи гасну константу.
Тачнију илустрацију стварног понашања гаса пружа Ван дер Валсова једначина. Гасна константа је такође уграђена у друге једначине стања, као што су Редлицх-Квонг једначина и Пенг-Робинсонова једначина, да би се окарактерисало неидеално понашање гаса у различитим околностима.
Кинетичка теорија гасова
Према кинетичкој теорији гасова, макроскопске карактеристике гаса су повезане са кретањем и интеракцијама његових саставних молекула. У неколико једначина изведених из кинетичке теорије, попут оне за средњу квадратну брзину молекула гаса (врмс = (3РТ/М)), где је М моларна маса гаса, користи се гасна константа.
Разумевање концепата као што су дифузија, излив и проводљивост топлоте захтева разумевање ових једначина, које нуде увид у понашање гасова на молекуларном нивоу.
Енергетски системи
Област енергетских система и термодинамичка анализа користе гасну константу. Користи се у једначинама које процењују ефикасност и функционалност различитих система за конверзију енергије, укључујући електране, моторе са унутрашњим сагоревањем и системе за хлађење. Инжењери могу да процене и побољшају енергетску ефикасност таквих система узимајући у обзир гасну константу у овим прорачунима.
Идеална решења
јава индекс
Гасна константа игра улогу у проучавању идеалних раствора, а то су смеше које показују идеално понашање слично идеалним гасовима. У контексту идеалних решења, гасна константа се користи у једначинама као што су Раоултов закон и Хенријев закон, који описују понашање испарљивих растворених материја у растварачима.
Ови закони налазе примену у областима као што су хемијско инжењерство, фармација и наука о животној средини, где је понашање растворених материја у растворима кључно за разумевање њихових својстава и интеракција.
Гасна хроматографија
Одвајање и анализа смеша испарљивих супстанци се врши коришћењем уобичајене аналитичке технике познате као гасна хроматографија. У прорачунима који укључују гасну хроматографију, гасна константа се користи за успостављање везе између температуре и времена задржавања (количина времена које супстанца проведе у хроматографској колони). Компоненте присутне у комбинацији могу се идентификовати и квантификовати на основу њиховог трајања задржавања знајући овај однос.
Атмоспхериц Сциенце
Да би разумели понашање и састав Земљине атмосфере, наука о атмосфери зависи од гасне константе. У једначинама које објашњавају карактеристике ваздуха, као што је закон идеалног гаса, користи се за израчунавање елемената као што су густина ваздуха, притисак и температура.
Да би се разумели атмосферски процеси, као што су временски обрасци, климатске промене и дисперзија загађења ваздуха, гасна константа се такође користи у симулацијама и моделима.
Материјал наука
Проучавање фазних прелаза и својстава материјала користи гасну константу у науци о материјалима и инжењерству. Клаузијус-Клапејронова једначина, која повезује притисак паре супстанце са њеном температуром током фазних померања као што је испаравање или кондензација, користи овај концепт. Истраживачи могу да испитају и предвиде како ће се материјали понашати у различитим сценаријима додавањем гасне константе.
Калибрација инструмената
Различити научни инструменти се калибришу помоћу гасне константе. Гасна константа се, на пример, користи за превођење измерених вредности у одговарајуће јединице у гасним сензорима и анализаторима. Нуди фундаментални фактор конверзије који повезује електричне сигнале које снимају инструменти и физичке карактеристике гасова, као што су притисак и температура, са атрибутима тих сигнала.
Образовне апликације
На часовима науке и технике, једна од основних идеја која се предаје је гасна константа. Термодинамика, гасни закони и други сродни концепти могу се разумети користећи ово као основу.
Разумевање употребе гасне константе ће омогућити студентима да схвате и реше питања која се тичу гасова и њиховог понашања, која су кључна у дисциплинама као што су хемија, физика и инжењерство.