قانون ترکیبی گازها چیست؟
قانون ترکیبی گازها (Combined Gas Law) ادغام سه قانون معروف بویل، شارل و گیلوساک است. این قانون بیان میکند که برای مقدار معینی از گاز، نسبت حاصلضرب فشار و حجم به دمای مطلق آن همواره عددی ثابت است. این قانون زمانی کاربرد دارد که هر سه متغیر فشار، حجم و دما به طور همزمان تغییر کنند. این ابزار به شما کمک میکند تا با داشتن ۵ متغیر، متغیر مجهول ششم (مثلاً فشار نهایی P₂) را به راحتی محاسبه کنید.
فرمول محاسباتی
رابطه کلی قانون ترکیبی گازها به صورت زیر است (k یک عدد ثابت است):
برای یافتن فشار ثانویه (P₂)، فرمول را بازآرایی میکنیم:
P₂ = (P₁ × V₁ × T₂) / (T₁ × V₂)- P: فشار (Pressure)
- V: حجم (Volume)
- T: دما بر حسب کلوین (Temperature)
مثالهای کاربردی
۱. بالن هواشناسی
یک بالن هواشناسی در سطح زمین با فشار و دمای مشخص پر میشود. وقتی به ارتفاعات بالا میرود، دما به شدت کاهش مییابد و فشار هوا کم میشود. بالن منبسط میشود. قانون ترکیبی به دانشمندان کمک میکند تا پیشبینی کنند آیا بالن در ارتفاع مورد نظر میترکد یا خیر.
۲. سیلندر موتور خودرو
در موتورهای دیزلی، هوا به شدت فشرده میشود (کاهش حجم V) که باعث افزایش شدید دما (T) میشود. فشار (P) نیز به طبع آن افزایش مییابد. محاسبه دقیق P2 برای طراحی بلوک سیلندر حیاتی است.
۳. غواصی و کپسول هوا
یک غواص هوای فشرده را از کپسول (فشار بالا، حجم ثابت) تنفس میکند. با تغییر عمق آب، فشار محیط تغییر میکند. قانون ترکیبی گازها برای محاسبه مدت زمان باقیمانده هوا در شرایط مختلف فشاری و دمایی آب کاربرد دارد.
اشتباهات رایج
- ×
فراموش کردن تبدیل به کلوین: این شایعترین اشتباه است. محاسبات قوانین گازها با درجه سلسیوس یا فارنهایت کار نمیکند. همیشه ۲۷۳.۱۵ را به سلسیوس اضافه کنید.
- ×
عدم تطابق واحدها: اگر P1 پاسکال است، P2 هم پاسکال خواهد بود. اگر V1 لیتر است و V2 میلیلیتر، جواب غلط میشود. واحدها باید در دو طرف معادله یکسان باشند.
سوالات متداول
اگر یکی از متغیرها ثابت باشد چه میشود؟▼
اگر دما ثابت باشد (T1=T2)، قانون به قانون بویل تبدیل میشود. اگر فشار ثابت باشد، به قانون شارل، و اگر حجم ثابت باشد، به قانون گیلوساک تبدیل میشود. قانون ترکیبی حالت کلی این سه قانون است.
شرایط استاندارد (STP) چیست؟▼
STP معمولاً به دمای صفر درجه سلسیوس (۲۷۳.۱۵ کلوین) و فشار ۱ اتمسفر (یا ۱۰۰ کیلوپاسکال در تعاریف جدید) اشاره دارد.