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액체 또는 고체의 분자와 달리 가스의 분자는 분자를 제한하는 공간에서 자유롭게 이동할 수 있습니다. 그들은 때때로 서로 충돌하고 컨테이너 벽과 충돌합니다. 용기 벽에 가해지는 집단 압력은 그들이 가지고있는 에너지의 양에 달려 있습니다. 그들은 주변의 열에서 에너지를 얻습니다. 따라서 온도가 올라가면 압력도 높아집니다. 실제로, 두 양은 이상적인 가스 법칙과 관련이 있습니다.
TL; DR (너무 길고 읽지 않음)
단단한 용기에서 가스에 의해 가해지는 압력은 온도에 따라 직접적으로 변합니다. 용기가 단단하지 않으면 부피와 압력 모두 이상적인 가스 법칙에 따라 온도에 따라 달라집니다.
이상적인 가스 법칙
여러 개인의 실험 작업을 통해 수년에 걸쳐 파생 된 이상적인 가스 법칙은 Boyles 법과 Charles and Gay-Lussac 법에 따릅니다. 전자는 주어진 온도 (T)에서 가스의 체적 (V)을 곱한 가스의 압력 (P)이 일정하다는 것을 진술하고있다. 후자는 가스의 질량 (n)이 일정하게 유지되면 부피가 온도에 직접 비례한다는 것을 알려줍니다. 최종 형태로 이상적인 가스 법칙은 다음과 같이 명시합니다.
PV = nRT여기서 R은 이상적인 기체 상수라고하는 상수입니다.
가스의 질량과 용기의 부피를 일정하게 유지하면이 관계는 압력이 온도에 따라 직접적으로 변한다는 것을 알려줍니다. 온도와 압력의 다양한 값을 그래프로 표시하는 경우 그래프는 양의 기울기가있는 직선입니다.
가스가 이상적이지 않은 경우
이상적인 가스는 입자가 완전히 탄성을 가지고 서로를 끌어 당기거나 반발하지 않는 것으로 간주되는 가스입니다. 또한, 가스 입자 자체는 부피가없는 것으로 가정된다. 실제 가스가 이러한 조건을 충족 시키지는 않지만 많은 사람들이이 관계를 적용 할 수있을만큼 가까이옵니다. 그러나 가스의 압력 또는 질량이 매우 높아지거나 부피 및 온도가 매우 낮아질 때 실제 요인을 고려해야합니다. 실온에서의 대부분의 응용에서, 이상적인 가스 법칙은 대부분의 가스의 거동을 충분히 근사하게합니다.
압력이 온도에 따라 어떻게 변하는가
가스의 부피 및 질량이 일정한 한, 압력과 온도의 관계는 P = KT가되며, 여기서 K는 부피, 가스 몰 수 및 이상적인 가스 상수로부터 도출 된 상수이다. 벽이 단단한 용기에 이상적인 기체 조건을 충족하는 기체를 넣어 부피가 변하지 않고 용기를 밀봉하고 용기 벽의 압력을 측정하면 온도가 낮아질수록 기체가 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 이 관계는 선형이기 때문에 주어진 온도에서 가스의 압력을 추정 할 수있는 선을 그리려면 온도와 압력을 두 번 읽어야합니다.
이 선형 관계는 가스 분자의 불완전한 탄성이 결과에 영향을 줄 정도로 중요 해지면 매우 낮은 온도에서 분해되지만 온도를 낮추면 압력이 여전히 감소합니다. 가스 분자가 가스를 이상적으로 분류하는 것을 방해하기에 충분히 큰 경우에도 관계는 비선형적일 것이다.