دمای گاز ایدهآل چیست؟
در تئوری جنبشی مولکولی گازها، دما (Temperature) در واقع معیاری از میانگین انرژی جنبشی مولکولهای گاز است. هر چه مولکولها سریعتر حرکت کنند و محکمتر به دیوارهها برخورد کنند، دما بالاتر است. با استفاده از قانون گازهای ایدهآل (Ideal Gas Law)، اگر فشار (نیروی برخوردها) و حجم (فضای در دسترس) و تعداد ذرات (مول) را بدانیم، میتوانیم دمای سیستم را دقیقاً محاسبه کنیم. این محاسبه در طراحی سیستمهای ایمنی مخازن، راکتورهای شیمیایی و مطالعات جوی بسیار حیاتی است.
فرمول محاسبه دما
با بازآرایی معادله معروف PV=nRT، رابطه محاسبه دما به صورت زیر به دست میآید:
- T: دما (نتیجه بر حسب کلوین K)
- P: فشار (اتمسفر atm)
- V: حجم (لیتر L)
- n: تعداد مول (mol)
- R: ثابت جهانی گازها (۰.۰۸۲۱)
مثالهای کاربردی
۱. ایمنی مخازن تحت فشار
یک کپسول گاز حاوی مقدار مشخصی گاز (n ثابت) با حجم ثابت (V ثابت) است. اگر فشار سنج کپسول عدد بالایی را نشان دهد (P بالا)، طبق فرمول، دمای گاز (T) نیز باید بالا باشد. مهندسان از این رابطه برای تخمین دمای داخل مخازن صنعتی بدون نیاز به دماسنج داخلی استفاده میکنند.
۲. موتور خودرو
در لحظه پس از احتراق در سیلندر، فشار به شدت بالا میرود. با دانستن مقدار سوخت و هوا (n) و حجم سیلندر (V)، میتوان دمای لحظهای گازهای داغ را محاسبه کرد که برای انتخاب آلیاژ مناسب پیستون ضروری است.
۳. بالنهای تفریحی
برای بلند کردن یک بالن هوای گرم، باید دمای هوای داخل آن (T) را بالا برد تا چگالی کاهش یابد. خلبان با کنترل مشعل و دانستن حجم بالن، دمای لازم برای ایجاد نیروی شناوری را تنظیم میکند.
نکات مهم و خطاها
- ×
ناسازگاری واحدها: رایجترین خطا! این ابزار بر اساس R=0.0821 تنظیم شده است. بنابراین فشار باید اتمسفر و حجم باید لیتر باشد.
- ×
تبدیل نتیجه به سلسیوس: خروجی این فرمول همیشه کلوین است. اگر نیاز به سلسیوس دارید، باید ۲۷۳.۱۵ را از جواب کم کنید. (C = K - 273.15).
سوالات متداول
صفر مطلق چیست؟▼
صفر مطلق (۰ کلوین یا ۲۷۳.۱۵- درجه سلسیوس) دمایی است که در آن انرژی جنبشی مولکولها به حداقل ممکن میرسد و حرکت آنها (از نظر تئوری) متوقف میشود.
اگر تعداد مول تغییر کند دما چه میشود؟▼
طبق فرمول T = PV/nR، دما با تعداد مول رابطه عکس دارد. یعنی اگر فشار و حجم ثابت باشند و گاز بیشتری (مول بیشتر) به ظرف تزریق کنید، دما کاهش مییابد (فرض گاز ایدهآل بدون تبادل گرمایی خارجی).