ข้ามไปยังเนื้อหา

B.3 · กฎของแก๊ส

International Baccalaureate · IB Diploma · Physics · SL · หัวข้อ 6

ดูสไลด์ ฝึกฝน
6.1

ขอบเขตและเงื่อนไขก่อนเข้าเรียน

เอกสารนี้ครอบคลุมหัวข้อ SL ที่เลือกสำหรับหลักสูตรที่ประเมินเป็นครั้งแรกใน 2025; ไม่ใช่หลักสูตรทั้งหมด

เงื่อนไขก่อนหน้า: อ่านปริมาณและหน่วยที่กำหนด, และใช้ arithmetic และเงื่อนไขโมเดลด้านล่าง

The examples are original and fictional: they are not real measurements or real student investigations.

คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
absolute temperature/ˈæbsəluːt ˈtemprɪtʃə/ อุณหภูมิสัมบูรณ์
ideal gas/aɪˈdɪəl ɡæs/ แก๊สในอุดมคติ
6.2

แบบจำลองแก๊สและอุณหภูมิสัมบูรณ์

อะไรจะเป็นคำอธิบายสำหรับการสังเกตนี้?

  • ถังก๊าซปิดมีแรงดันเปลี่ยนเมื่อได้รับความร้อน สัดส่วนองศาเซลเซียสไม่สามารถทำนายการเปลี่ยนแปลงแรงดันได้เพราะโมเดลก๊าซใช้ อุณหภูมิสัมบูรณ์

สร้างโมเดล

  • ในแบบจำลองแก๊สอนุภาคเคลื่อนที่แบบสุ่มและแรงดันเกิดจากการถ่ายโอนโมเมนตัมที่ผนัง
  • สมการ แก๊สอุดมคติ เชื่อมโยงแรงดัน ปริมาตร จำนวนสาร และอุณหภูมิสัมบูรณ์
  • อุณหภูมิสัมบูรณ์: อุณหภูมิบนสเกลเคลวิน
  • แก๊สอุดมคติ: แบบจำลองแก๊สที่มีสมมติฐานลดทอนที่กำหนดไว้
Pressure against volume for a fixed gas sample: 300 kPa at 20 cm³ falling to 100 kPa at 60 cm³
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
สำรวจ

Gas pressure uses kelvin temperature

$\frac{p_2}{p_1}=\frac{T_2}{T_1}\frac{V_1}{V_2}$

For a fixed amount of ideal gas, pressure rises with kelvin temperature and falls as volume increases.

หัวข้อเพิ่มเติมใน International Baccalaureate · IB Diploma · Physics · SL

เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี

IGCSE, A-Level & AP