قانون گازهای ایدهآل چیست؟
قانون گازهای ایدهآل (Ideal Gas Law) جامعترین معادله حالت برای توصیف رفتار گازهای فرضی (ایدهآل) است. این قانون با ترکیب قوانین بویل، شارل و آووگادرو، رابطهای مستقیم بین چهار متغیر اصلی ترمودینامیکی یعنی فشار (P)، حجم (V)، دما (T) و مقدار ماده (n) برقرار میکند. اگرچه هیچ گازی در واقعیت کاملاً ایدهآل نیست، اما در دماهای معمولی و فشارهای پایین، رفتار اکثر گازها (مثل اکسیژن و نیتروژن) با تقریب بسیار خوبی از این قانون پیروی میکند.
فرمول و محاسبات
معادله معروف گازهای ایدهآل به صورت زیر است:
برای محاسبه فشار (P)، فرمول به شکل زیر بازآرایی میشود:
P = (n × R × T) / V- P: فشار (اتمسفر atm)
- n: تعداد مول گاز (mol)
- R: ثابت جهانی گازها (۰.۰۸۲۱)
- T: دمای مطلق (کلوین K)
- V: حجم (لیتر L)
مثالهای کاربردی
۱. محاسبه فشار تایر
اگر بدانید چه مقدار مول هوا (n) به داخل تایر پمپ کردهاید و حجم تایر (V) و دمای محیط (T) چقدر است، میتوانید دقیقاً فشار (P) داخل تایر را محاسبه کنید. این اصل در سیستمهای مانیتورینگ فشار تایر (TPMS) خودروها استفاده میشود.
۲. کپسول اکسیژن بیمارستان
حجم کپسولهای فلزی ثابت است. تکنسینها با دانستن دمای اتاق و فشار سنجیده شده، میتوانند با استفاده از این قانون محاسبه کنند که دقیقاً چند مول اکسیژن در کپسول باقی مانده است.
۳. واکنشهای شیمیایی
در آزمایشگاه، وقتی یک واکنش گاز تولید میکند (مثلاً واکنش اسید با فلز)، با جمعآوری گاز در یک حجم مشخص و اندازهگیری دما، شیمیدانان میتوانند فشاری که آن گاز ایجاد میکند را پیشبینی کنند تا از انفجار ظروف شیشهای جلوگیری کنند.
اشتباهات رایج (بسیار مهم)
- ×
ناسازگاری واحد R: این مهمترین بخش است. اگر از R = 0.0821 استفاده میکنید، فشار باید atm و حجم باید لیتر باشد. اگر فشار پاسکال و حجم مترمکعب باشد، باید از R = 8.314 استفاده کنید. این ابزار بر اساس واحدهای شیمی (atm/L) تنظیم شده است.
- ×
استفاده از سلسیوس: هرگز دما را به سلسیوس وارد نکنید. فرمول فقط با کلوین کار میکند. (C + 273.15).
سوالات متداول
گاز ایدهآل چیست؟▼
گاز ایدهآل یک مدل نظری است که در آن فرض میشود مولکولهای گاز هیچ حجمی ندارند و هیچ نیروی جاذبه یا دافعهای بین آنها وجود ندارد.
مقدار دقیق ثابت R چیست؟▼
دو مقدار رایج وجود دارد: ۰.۰۸۲۰۶ (L·atm)/(mol·K) برای کارهای شیمی معمول، و ۸.۳۱۴ J/(mol·K) برای کارهای فیزیک و SI.