Cara Menghitung Volume Udara

Isi

• TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Dibaca)
• Tekanan dan Volume Udara: Hukum Boyles
• Suhu dan Volume Udara: Hukum Charles
• Tekanan, Suhu dan Volume: Hukum Gas Gabungan
• Hukum Gas Ideal

Bayangkan Anda seorang penyelam scuba, dan Anda perlu menghitung kapasitas udara tangki Anda. Atau bayangkan Anda telah meledakkan balon dengan ukuran tertentu, dan Anda bertanya-tanya seperti apa tekanan di dalam balon. Atau anggaplah Anda membandingkan waktu memasak dari oven biasa dan oven pemanggang roti. Di mana Anda mulai?

Semua pertanyaan ini berkaitan dengan volume udara dan hubungan antara tekanan udara, suhu dan volume. Dan ya, mereka terkait! Untungnya, ada sejumlah undang-undang ilmiah yang telah berhasil mengatasi hubungan ini. Anda hanya perlu belajar cara menerapkannya. Kami menyebut hukum ini Hukum Gas.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Dibaca)

Itu Hukum Gas adalah:

Hukum Boyle: P₁V₁ = P₂V₂.

Hukum Charles: P₁ ÷ T₁ = P₂ ÷ T_2, di mana T berada di Kelvin.

Hukum Gas Gabungan: P₁V₁ ÷ T₁ = P₂V₂ ÷ T₂, di mana T berada di Kelvin.

Hukum Gas Ideal: PV = nRT, (pengukuran dalam satuan SI).

Tekanan dan Volume Udara: Hukum Boyles

Hukum Boyles mendefinisikan hubungan antara volume gas dan tekanannya. Pikirkan ini: Jika Anda mengambil sebuah kotak penuh udara dan kemudian menekannya hingga setengah ukurannya, molekul udara akan memiliki lebih sedikit ruang untuk bergerak dan akan saling bertabrakan jauh lebih banyak. Tabrakan molekul-molekul udara ini satu sama lain dan dengan sisi-sisi wadah inilah yang menciptakan tekanan udara.

Hukum Boyles tidak mempertimbangkan suhu, jadi suhu harus konstan untuk menggunakannya.

Hukum Boyle menyatakan bahwa, pada suhu konstan, volume massa (atau jumlah) gas tertentu bervariasi berbanding terbalik dengan tekanan.

Dalam bentuk persamaan, itu:

P₁ xV₁ = P₂ xV₂

dimana P₁ dan V₁ adalah volume dan tekanan awal dan P₂ dan V₂ adalah volume dan tekanan baru.

Contoh: Misalkan Anda merancang tangki scuba di mana tekanan udara 3000 psi (pon per inci persegi) dan volume (atau "kapasitas") tangki adalah 70 kaki kubik. Jika Anda memutuskan untuk membuat tangki dengan tekanan lebih tinggi 3500 psi, berapakah volume tangki, dengan asumsi Anda mengisinya dengan jumlah udara yang sama dan menjaga suhu tetap sama?

Masukkan nilai yang diberikan ke Hukum Boyles:

3000 psi x 70 kaki³ = 3500 psi x V₂

Sederhanakan, lalu pisahkan variabel di satu sisi persamaan:

210.000 psi x kaki³ = 3500 psi x V₂

(210.000 psi x kaki³ ) ÷ 3500 psi = V₂

60 kaki³ = V₂

Jadi versi kedua tangki scuba Anda adalah 60 kaki kubik.

Suhu dan Volume Udara: Hukum Charles

Bagaimana dengan hubungan antara volume dan suhu? Temperatur yang lebih tinggi membuat molekul mempercepat, bertabrakan semakin keras dengan sisi wadah mereka dan mendorongnya ke luar. Charles Law memberikan perhitungan untuk situasi ini.

Hukum Charles menyatakan bahwa pada tekanan konstan, volume massa (jumlah) gas tertentu berbanding lurus dengan suhu (absolut).

Atau V₁ ÷ T₁ = V₂ ÷ T₂.

Bagi Charles Law, tekanan harus dijaga konstan, dan suhu harus diukur di Kelvin.

Tekanan, Suhu dan Volume: Hukum Gas Gabungan

Sekarang, bagaimana jika Anda memiliki tekanan, suhu, dan volume secara bersamaan dalam masalah yang sama? Ada aturan untuk itu juga. Itu Hukum Gas Gabungan mengambil informasi dari Boyles Law dan Charles Law dan menyatukannya bersama untuk mendefinisikan aspek lain dari hubungan tekanan-suhu-volume.

Itu Hukum Gas Gabungan menyatakan bahwa volume jumlah gas tertentu sebanding dengan rasio suhu Kelvin dan tekanannya. Kedengarannya rumit, tetapi lihat persamaannya:

P₁V₁ ÷ T₁ = P₂V₂ ÷ T₂.

Sekali lagi, suhu harus diukur di Kelvin.

Hukum Gas Ideal

Satu persamaan terakhir yang menghubungkan sifat-sifat gas ini adalah Hukum Gas Ideal. Hukum diberikan oleh persamaan berikut:

PV = nRT,

di mana P = tekanan, V = volume, n = jumlah mol, R adalah konstanta gas universal, yang sama dengan 0,0821 L-atm / mol-K, dan T adalah suhu di Kelvin. Untuk mendapatkan semua unit yang benar, Anda harus mengonversi Unit SI, unit standar pengukuran dalam komunitas ilmiah. Untuk volume, itu liter; untuk tekanan, atm; dan untuk suhu, Kelvin (n, jumlah mol, sudah dalam satuan SI).

Hukum ini disebut hukum gas "Ideal" karena mengasumsikan bahwa perhitungannya berurusan dengan gas yang mengikuti aturan. Dalam kondisi ekstrem, seperti panas atau dingin ekstrem, beberapa gas mungkin bertindak berbeda dari yang disarankan oleh UU Gas Ideal, tetapi secara umum aman untuk mengasumsikan bahwa perhitungan Anda menggunakan hukum akan benar.

Sekarang Anda tahu beberapa cara untuk menghitung volume udara dalam berbagai keadaan.