Gaasiseadused
Gaasiseadused seovad rõhu p, ruumala V, ainehulga n ja absoluutse temperatuuri T. Hõreda gaasi jaoks võtab PV = nRT kokku Boyle’i, Charles’i ja Avogadro seadused. Ideaalmudel jätab välja molekulide oma ruumala ja molekulidevahelised jõud ning töötab parimini väiksel rõhul ja kõrgel temperatuuril.
Visuaalne mudel
Skeem on mõtteline; mõõtkavad ei ole sõnasõnalised.
Interaktiivne arvutus
Rõhu mikroskoopiline päritolu
Rõhk tekib molekulide põrgetes seinale üleantavast impulsist. Püsiva T ja n korral suurendab V vähendamine põrgete sagedust pinnaühiku kohta ning annab Boyle’i seose pV = konstant.
Iga rakenduse alguses tasub määratleda süsteem, alg- ja lõppolek ning ühikud. Mõõtmete kooskõla on tugev kontroll: liita saab ainult sama mõõtmega suurusi ning märgi valik peab vastama kokkulepitud füüsikalisele suunale. Nii saab vea avastada juba enne arvulise tulemuse hindamist.
Temperatuur kelvinites
Püsiva rõhu korral V/T = konstant ja püsiva ruumala korral p/T = konstant. Mõlemad suhted nõuavad absoluutset temperatuuri. Reaalne gaas võib enne väga madala temperatuuri saavutamist kondenseeruda, mistõttu ideaalgaasi sirgjooneline ekstrapolatsioon ei kirjelda faasimuutust.
Valem ei asenda füüsikalist mudelit. Enne arvude sisestamist tuleb kontrollida, millised muutujad on püsivad, millised vastastikmõjud kuuluvad süsteemi ja kas kasutatav suurus on skalaar või vektor. Matemaatiliselt korrektne tehe võib muidu kirjeldada valet füüsikalist olukorda.
Ainehulk ja tihedus
Avogadro seadus annab samal p ja T juures V ∝ n. Asendades n = m/M, saame ρ = pM/RT. R ühik peab sobima p ja V ühikutega: SI-s 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹ või ligikaudu 0,082057 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹.
Katsetes saadakse suurused lõpliku täpsusega mõõtmistest. Mõõteriista valik, kalibreerimine, soojus- või hõõrdekaod ja keskkonnatingimused mõjutavad tulemust. Rohkem komakohti kui lähteandmed õigustavad ei suurenda mõõtmise tegelikku informatsiooni.
Osarõhud
Ideaalgaaside segus ptotal = Σpi ja pi = xi ptotal. Vee kohal kogutud gaasi mõõdetud kogurõhk sisaldab veeauru osarõhku; kuiva gaasi hulga leidmiseks tuleb see maha arvata.
Igal lihtsal mudelil on kehtivuspiirkond. Tasub küsida, milline eeldus laguneb esimesena väga suure rõhu, kiiruse, sügavuse, temperatuuri või amplituudi korral. Piiride kirjeldamine kuulub mudeli juurde sama loomulikult nagu põhivõrrandi kasutamine.
Reaalsed gaasid
Suurel rõhul pole molekulide ruumala enam tühine ja madalamal temperatuuril muutuvad tõmbejõud oluliseks. Kompressioonitegur Z = PV/nRT mõõdab kõrvalekallet ideaalsusest; ideaalgaasil Z = 1.
Lõpuks kontrollitakse suurusjärku ja piirjuhtu. Kui mõni parameeter nullida või kahekordistada, peab ennustatud muutus sobima kirjeldatud mehhanismiga. Selline kontroll paljastab sageli vale märgi, ühiku või võrdelisuse enne keerukamat arvutust.
Ülesanded
Ülesanne 1
1,50 mol gaasi temperatuuril 300 K on ruumalaga 10,0 L. Leia p, R = 0,082057.
Lahendus: p ≈ 3,69 atm.
Ülesanne 2
Ruumala kahekordistub püsival T. Mis juhtub rõhuga?
Lahendus: Rõhk väheneb poole võrra.
Ülesanne 3
xO₂ = 0,21 ja ptotal = 100 kPa. Leia pO₂.
Lahendus: 21 kPa.