อะไรจะเป็นคำอธิบายสำหรับการสังเกตนี้?
- ถังก๊าซปิดมีแรงดันเปลี่ยนเมื่อได้รับความร้อน สัดส่วนองศาเซลเซียสไม่สามารถทำนายการเปลี่ยนแปลงแรงดันได้เพราะโมเดลก๊าซใช้ อุณหภูมิสัมบูรณ์
สร้างโมเดล
- ในแบบจำลองแก๊สอนุภาคเคลื่อนที่แบบสุ่มและแรงดันเกิดจากการถ่ายโอนโมเมนตัมที่ผนัง
- สมการ แก๊สอุดมคติ เชื่อมโยงแรงดัน ปริมาตร จำนวนสาร และอุณหภูมิสัมบูรณ์
- อุณหภูมิสัมบูรณ์: อุณหภูมิบนสเกลเคลวิน
- แก๊สอุดมคติ: แบบจำลองแก๊สที่มีสมมติฐานลดทอนที่กำหนดไว้
ที่อุณหภูมิคงที่ pV มีค่าคงที่: 300 × 20 = 100 × 60 = 6,000
เลือกหลักฐานที่นำมาทดสอบได้
- ที่ปริมาณและปริมาตรคงที่ แรงดันแปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวิน
- ที่อุณหภูมิและจำนวนสารคงที่ แรงดันแปรผกผันกับปริมาตร
- ระบุตัวแปรใดที่คงที่ก่อนแล้วจึงเลือกความสัมพันธ์
ในห้องปฏิบัติการ: ใช้อุปกรณ์ที่ได้รับการอนุมัติพร้อมช่วงอุณหภูมิและขีดจำกัดความดันตามที่ครูกำหนด อนุญาตให้ระบบเข้าสู่สมดุลความร้อนและบันทึกความดันเทียบกับอุณหภูมิเคลวิน ห้ามให้ความร้อนแก่ภาชนะปิดที่ดัดแปลงเองเด็ดขาด
เริ่มจากปริมาณที่ทราบแล้ว
- Known: pressure is 100 kPa at 300 K, with fixed volume and amount.
- ที่ 330 K, p2/p1=T2/T1. p2=p1 T2/T1=100×330/300=110 kPa.
- การเพิ่มขึ้น 30 °C เท่ากับการเปลี่ยนแปลง 30 K แต่อัตราส่วนอุณหภูมิต้องใช้หน่วยเคลวินเท่านั้น
ลองทำดู: ที่ปริมาตรคงที่ แรงดันคือ 120 kPa ที่ 300 K จงหาแรงดันที่ 350 K
ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต
- แก๊สอุดมคติเป็นโมเดลที่มีเงื่อนไขการใช้งาน
- ศูนย์องศาเซลเซียสไม่ใช่ศูนย์ของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล และพลังงานภายในไม่ได้กำหนดโดยความดันเพียงอย่างเดียว
ไม่ถูกต้อง: อัตราส่วนแรงดันของแก๊สสามารถใช้ อุณหภูมิเซลเซียส ได้เสมอ อัตราส่วนของอุณหภูมิมีความหมายเฉพาะตั้งแต่ศูนย์สัมบูรณ์เท่านั้น 300 K ถึง 350 K เป็นอัตราส่วน 350/300; อุณหภูมิต่างกันในหน่วยเซลเซียส คือ 27 และ 77, ให้ผลเป็น 77/27 - ซึ่งเป็นคำตอบที่ผิดต่างหาก
จุดสำคัญ:
- ในแบบจำลองแก๊สอนุภาคเคลื่อนที่แบบสุ่มและแรงดันเกิดจากการถ่ายโอนโมเมนตัมที่ผนัง
- ที่ปริมาณและปริมาตรคงที่ แรงดันแปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวิน
- ระวัง: แก๊สอุดมคติเป็นโมเดลที่มีเงื่อนไขการใช้งาน
เขียนจากความดัน 96 กิโลปาสคาล
- ที่ปริมาตรคงที่ แรงดันคือ 80 กิโลปาสคาล ที่อุณหภูมิ 250 เคลวิน
- หาแรงดันที่ 300 K อัตราส่วนต้องใช้หน่วยเคลวินเท่านั้น
เขียนจากกับดักองศาเซลเซียส
- ก๊าซที่ 27 °C ถูกให้ความร้อนเป็น 127 °C ที่ปริมาตรคงที่
- สเกลเคลวินวิ่งจาก 300 K ไป 400 K ดังนั้นแรงดันเพิ่มขึ้น 400 ÷ 300 ≈ 1.33 — การ treating 27 → 127 เป็นอัตราส่วนคือข้อผิดพลาดแบบคลาสสิก
เขียนจากปริมาตรที่ลดลงครึ่งหนึ่ง
- ปริมาตรของก๊าซลดลงครึ่งหนึ่งที่อุณหภูมิคงที่
- โมเลกุลชนกับผนังบ่อยขึ้นสองเท่า ความดันจึงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า — กฎของบอยล์ในมุมมองของการนับการชน, pV คงที่
เขียนจากการอ่านค่าศูนย์สัมบูรณ์
- เส้นความดันของก๊าซที่มีปริมาตรคงที่จะถูกต่อเส้นลงด้านล่าง (extrapolated downward)
- มันถึงแรงดันศูนย์ที่ −273 °C = 0 K — สเกลเคลวินถูก นิยาม โดยจุดตัดนี้ ไม่ใช่หาได้โดยเทอร์โมมิเตอร์
เขียนจากอุณหภูมิเคลวินที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
- ก๊าซปริมาตรคงที่ที่ 150 K ถูกให้ความร้อนเป็น 300 K
- ความดันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า — P/T คงที่ และการคูณสองด้วยเคลวิน IS การคูณสองด้วยความดันที่ปริมาตรคงที่