Druckformel – Druckgleichung
Der Druck ist ein Maß für die Kraft, die pro Flächeneinheit auf die Grenzen eines Stoffes ausgeübt wird . Die Standardeinheit für den Druck im SI-System ist Newton pro Quadratmeter oder Pascal (Pa) . Mathematisch (Druckformel):
p = F / A.
wo
- p ist der Druck
- F ist die Normalkraft
- A ist der Bereich der Grenze
Pascal ist definiert als eine Kraft von 1 N, die auf die Einheitsfläche ausgeübt wird.
- 1 Pascal = 1 N / m 2
- 1 MPa 10 6 N / m 2
- 1 bar 10 5 N / m 2
- 1 kPa 10 3 N / m 2
Im Allgemeinen wird der Druck oder die Kraft, die pro Flächeneinheit auf die Grenzen einer Substanz ausgeübt wird, durch die Kollisionen der Moleküle der Substanz mit den Grenzen des Systems verursacht. Wenn Moleküle gegen die Wände schlagen, üben sie Kräfte aus, die versuchen, die Wände nach außen zu drücken. Die Kräfte, die aus all diesen Kollisionen resultieren, verursachen den Druck, den ein System auf seine Umgebung ausübt. Der Druck als intensive Variable ist in einem geschlossenen System konstant. Es ist wirklich nur in flüssigen oder gasförmigen Systemen relevant.
Ideales Gasgesetz
Jede Gleichung, die den Druck, die Temperatur und das spezifische Volumen einer Substanz in Beziehung setzt, wird als Zustandsgleichung bezeichnet . Die einfachste und bekannteste Zustandsgleichung für Substanzen in der Gasphase ist die ideale Gaszustandsgleichung . Es wurde erstmals 1834 von Émile Clapeyron als eine Kombination aus dem empirischen Boyle-Gesetz, dem Charles-Gesetz und dem Avogadro-Gesetz angegeben. Diese Gleichung sagt das pvT-Verhalten eines Gases für verdünnte Gase oder Niederdruckgase ziemlich genau voraus . In einem idealen Gas haben Moleküle kein Volumen und interagieren nicht. Nach dem idealen Gasgesetz ändert sich der Druck linear mit Temperatur und Menge und umgekehrt mit dem Volumen .
pV = nRT
wo:
- p ist der absolute Druck des Gases
- n ist die Menge der Substanz
- T ist die absolute Temperatur
- V ist die Lautstärke
- R ist die ideale oder universelle Gaskonstante , die dem Produkt der Boltzmann-Konstante und der Avogadro-Konstante entspricht.
In dieser Gleichung ist das Symbol R eine Konstante, die als universelle Gaskonstante bezeichnet wird und für alle Gase den gleichen Wert hat, nämlich R = 8,31 J / mol K.
Die Kraft des idealen Gasgesetzes liegt in seiner Einfachheit . Wenn eine beliebige zwei der thermodynamischen Variablen, p, v und T sind gegeben , das dritte kann leicht gefunden werden. Ein ideales Gas ist definiert als eines, bei dem alle Kollisionen zwischen Atomen oder Molekülen vollkommen elastisch sind und bei dem keine intermolekularen Anziehungskräfte vorhanden sind. Ein ideales Gas kann als eine Ansammlung perfekt harter Kugeln dargestellt werden, die kollidieren, aber ansonsten nicht miteinander interagieren. In der Realität sind keine realen Gase wie ein ideales Gas und daher folgen keine realen Gase vollständig dem idealen Gasgesetz oder der idealen Gasgleichung. Bei Temperaturen nahe einem Gassiedepunkt führt ein Druckanstieg zur Kondensation und zu einer drastischen Volumenverringerung. Bei sehr hohen Drücken sind die intermolekularen Kräfte eines Gases signifikant. Die meisten Gase stimmen jedoch bei Drücken und Temperaturen über ihrem Siedepunkt ungefähr überein.
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