Ce vei înțelege
- Aplici proporția volum–temperatură în kelvini.
- Precizezi limitele modelului unui balon real.
Înainte să începi: Citirea atentă a datelor și operații aritmetice de bază.
Un balon închis se poate micșora la răcire deoarece gazul ajunge la o temperatură mai mică, iar învelișul flexibil permite reducerea volumului. Nu este necesar ca aerul să iasă.
Explicația pas cu pas
Pentru o cantitate fixă de gaz ideal, relația pV = nRT leagă presiunea, volumul și temperatura absolută. Dacă presiunea rămâne aproximativ constantă, volumul este proporțional cu temperatura exprimată în kelvini. Moleculele au, în medie, o energie cinetică de translație mai mică după răcire; echilibrul mecanic cu exteriorul poate fi restabilit la un volum mai mic.
Un balon real nu menține presiunea perfect constantă. Cauciucul este tensionat, iar tensiunea se schimbă cu întinderea și temperatura. Presiunea interioară depășește presiunea exterioară cu o valoare dependentă de înveliș. Modelul gazului la presiune constantă explică tendința și oferă o estimare, fără să descrie complet orice balon sau orice temperatură.
Exemplu și verificare
Considerăm 3,0 L de gaz la 300 K, într-un înveliș ideal flexibil, cu presiune constantă și fără pierderi de materie. Dacă temperatura ajunge la 280 K, rezultă V₂ = 3,0 × 280/300 = 2,8 L. Scăderea volumului este de 0,2 L, adică aproximativ 6,7%. Nu obținem o dezumflare completă doar printr-o răcire moderată.
Dacă volumul ar fi sferic, raza s-ar modifica prin rădăcina cubică a raportului volumelor. Raportul razelor ar fi aproximativ 0,977, deci diferența diametrelor ar fi mult mai mică decât diferența procentuală a volumelor. Această observație explică de ce o variație de volum măsurabilă nu produce obligatoriu o schimbare spectaculoasă în fotografie.
Confuzia de evitat
Nu împărțim temperaturile în grade Celsius pentru această proporție. Trecerea de la 20°C la 10°C nu înjumătățește volumul: temperaturile absolute sunt aproximativ 293 K și 283 K. Originea scalei contează în raport.
Întrebări frecvente
Ce se întâmplă într-un recipient rigid?
Volumul nu se poate micșora apreciabil. Pentru aceeași cantitate de gaz, răcirea reduce presiunea, dacă modelul gazului ideal și lipsa schimbărilor de fază sunt potrivite.
Balonul revine la dimensiunea inițială când se încălzește?
Aproximativ, dacă nu a pierdut gaz și materialul nu a suferit modificări importante. Scurgerile și comportamentul elastic pot împiedica o revenire perfectă.
Moleculele de aer devin mai mici la răcire?
Nu aceasta este explicația volumului. Se schimbă distribuția mișcărilor și echilibrul dintre gaz, înveliș și exterior. Dimensiunea moleculelor nu se contractă în proporția volumului balonului.
Continuă studiul în biblioteca de lecții sau explorează alte curiozități științifice.
