ความดันและปริมาตรของแก๊ส: แคปซูลเล็ก ความดันสูง

โดรนวิจัยต้องนำตัวอย่างอากาศที่ปิดสนิทกลับฐาน แต่ห้องบรรจุใหญ่เกินกว่าช่องเก็บตัวอย่างของโดรน จงหาปริมาตรที่เป็นจำนวนเต็มมิลลิลิตรที่เล็กที่สุดซึ่งผ่านกฎเรื่องความดันของภารกิจ

ตัวเลขทุกตัวในบทเรียนนี้มาจากแบบจำลองแก๊สอุดมคติ ไม่มีค่าใดในที่นี้ที่วัดจากอุปกรณ์จริง คุณทดลองกับแบบจำลองและใช้แบบจำลองช่วยตัดสินใจได้ แต่ค่าจากแบบจำลองไม่สามารถแสดงว่าแก๊สจริงเป็นไปตามกฎที่ใช้สร้างแบบจำลองนั้น

แบบนี้มีคำถามเหมือนกับแบบโต้ตอบและใช้งานได้โดยไม่ต้องมีภาพกราฟิก ให้ตอบแต่ละคำถามก่อนอ่านต่อ: ในหน้านี้ไม่มีอะไรห้ามคุณอ่านล่วงหน้า และครูของคุณจะเห็นว่าคุณใช้แบบนี้

ห้องบรรจุที่ปิดสนิทเริ่มที่ 60 mL และความดันสัมบูรณ์ 100 kPa ปลอกควบคุมอุณหภูมิรักษาแก๊สไว้ที่ 293 K (ประมาณ 20 °C)

ปิดผนึกไว้และรักษาอุณหภูมิให้คงที่ การเปิดวาล์วทำให้ปริมาณแก๊สเปลี่ยน ส่วนการให้ความร้อนทำให้อุณหภูมิเปลี่ยน ไม่ว่าแบบใดก็จะทำให้คุณแยกผลของปริมาตรออกมาไม่ได้

เลือกค่าที่อ่านได้อย่างน้อยสี่ค่า รวม 60 mL และ 30 mL ที่ทำให้ได้ปริมาตรลดลงสองช่วงเท่ากัน คัดลอกลงในตาราง

• 60 mL → 100.0 kPa
• 55 mL → 109.1 kPa
• 50 mL → 120.0 kPa
• 45 mL → 133.3 kPa
• 40 mL → 150.0 kPa
• 35 mL → 171.4 kPa
• 30 mL → 200.0 kPa

ค่าเหล่านี้เป็นค่าหลังจากนิ่งแล้วของแก๊สปริมาณคงที่ที่ 293 K ในการอัดจริงที่รวดเร็ว แก๊สอาจร้อนขึ้นชั่วขณะ แบบจำลองนี้ไม่ได้แสดงส่วนนั้น

ที่ 24 mL แบบจำลองให้ 250 kPa: P × V คงอยู่ที่ 6000 kPa·mL เมื่อปริมาณแก๊สและอุณหภูมิเท่าเดิม P + V เปลี่ยนไป (100 + 60 = 160, 200 + 30 = 230) และ P ÷ V ก็เปลี่ยนเช่นกัน

อนุภาคชนผนังแต่ละพื้นที่บ่อยขึ้น อนุภาคไม่ได้หดเล็กลง และที่อุณหภูมิคงที่ อนุภาคมีอัตราเร็วเฉลี่ยเท่าเดิม

ความดันในที่นี้เป็นความดันสัมบูรณ์: วัดเทียบกับสุญญากาศ ไม่ใช่เทียบกับอากาศรอบข้าง

เลือกปริมาตรจำนวนเต็มที่เล็กที่สุดที่ผ่านกฎทั้งสามข้อ ขีดจำกัดเหล่านี้เป็นของโจทย์ออกแบบสมมตินี้

• ช่องเก็บตัวอย่างจุได้ไม่เกิน 40 mL
• ขีดจำกัดความดันสัมบูรณ์คือ 180 kPa
• ต้องเหลือส่วนเผื่ออย่างน้อย 10 kPa ใต้ขีดจำกัดนั้น

คำนวณ P = 6000 ÷ V แล้วคำนวณส่วนเผื่อ = 180 − P จดทุกครั้งที่ลองไว้ในบันทึกของคุณ

36 mL ให้ 166.7 kPa และเหลือส่วนเผื่อ 13.3 kPa ส่วน 35 mL ให้ 171.4 kPa และเหลือส่วนเผื่อเพียง 8.6 kPa กฎเหล่านี้เป็นกฎการออกแบบในชั้นเรียน ไม่ใช่การรับรองความปลอดภัยของอุปกรณ์ใด

คุณใช้ความสัมพันธ์แบบแปรผกผันในการตัดสินใจ แบบจำลองนี้สร้างขึ้นโดยให้ P × V คงที่ การทดลองกับแบบจำลองจึงไม่สามารถทดสอบกฎนั้นกับแก๊สจริงได้ แต่กระบอกฉีดยาจริงทำได้ ครูอาจมอบหมายบทเรียนบอยล์ของ LabsLand ซึ่งคุณจะได้ทำงานกับผลการวัดที่บันทึกไว้จากอุปกรณ์จริง

คำถามนี้เกี่ยวกับกระบอกฉีดยาจริง ไม่ใช่แบบจำลอง ไม่มีคำใบ้และไม่มีข้อเสนอแนะอัตโนมัติ ครูของคุณจะอ่านเหตุผลของคุณ

กระบอกฉีดยาจริงอันหนึ่งเริ่มที่ 86 kPa โดยมีอากาศที่ปิดสนิท 60 mL ที่อุณหภูมิคงที่