Els gasos

L'aire de dins d'un pneumàtic es pot descriure amb tres variables: pressió, volum i temperatura.

1. a) Explica amb les teves paraules què indica cadascuna d'elles.
2. b) Diu en quina unitat es mesura cadascuna en el Sistema Internacional.
3. c) Sabent que $1\ \text{atm}=101325\ \text{Pa}$, expressa en pascals la pressió de $2\ \text{atm}$ d'una roda de bicicleta.

Per estudiar els gasos, la temperatura s'ha d'expressar sempre en kelvins: $T(\text{K})=T(\celsius)+273$.

1. a) Un laboratori està a $22\ \celsius$: a quants kelvins equival?
2. b) El nitrogen líquid està a $-196\ \celsius$: i en kelvins?

L'escala kelvin comença al zero absolut, la temperatura més baixa que pot existir: $-273\ \celsius$.

1. a) Quants kelvins són $-273\ \celsius$?
2. b) Raona per què no pot existir res a $-300\ \celsius$.
3. c) Què els passa a les partícules d'un gas quan la seva temperatura s'acosta al zero absolut?

Una bomba de bicicleta conté $300\ \text{cm}^3$ d'aire a $1\ \text{atm}$. En empènyer l'èmbol amb la sortida connectada a la roda, l'aire de dins arriba a $4\ \text{atm}$ sense canviar de temperatura. Aplica la llei de Boyle, $p_1\cdot V_1=p_2\cdot V_2$, i calcula quin volum ocupa llavors l'aire a la bomba.

L'aire comprimit d'una ampolla de submarinisme de $12\ \text{L}$ està a $200\ \text{atm}$. Es deixa passar tot aquest aire a un dipòsit de $240\ \text{L}$, a la mateixa temperatura.

1. a) Calcula la pressió que aconsegueix l'aire al dipòsit.
2. b) Quantes ampolles de $12\ \text{L}$ podries omplir a aquesta pressió amb l'aire del dipòsit?

Tapes la sortida d'una xeringa que conté $10\ \text{mL}$ d'aire a la pressió ambient de $1\ \text{atm}$ i empenys l'èmbol fins als $5\ \text{mL}$, sense que canviï la temperatura. La gràfica pressió-volum representa les dues situacions.

1. a) Enuncia la llei de Boyle: quina relació hi ha entre la pressió i el volum d'un gas a temperatura constant?
2. b) Calcula la pressió de l'aire dins de la xeringa.

Un equip científic a l'Àrtic omple un globus amb $400\ \text{mL}$ d'aire a $-23\ \celsius$. El porten a una tenda calenta, a $27\ \celsius$, on el globus es pot expandir lliurement a pressió constant.

1. a) Expressa les dues temperatures en kelvins.
2. b) Aplica la llei de Charles, $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}$, i calcula el volum del globus dins de la tenda.

Un submarinista deixa anar una bombolla de $2\ \text{cm}^3$ a $40\ \text{m}$ de profunditat, on la pressió total és de $5\ \text{atm}$. La temperatura de l'aigua amb prou feines canvia durant l'ascens. La figura mostra l'ascens de la bombolla.

1. a) Quin volum tindrà la bombolla en arribar a la superfície, a $1\ \text{atm}$?
2. b) Calcula també el seu volum en passar per $10\ \text{m}$ de profunditat, on la pressió és de $2\ \text{atm}$.
3. c) Fes servir els resultats per explicar la primera regla del submarinisme: per què no s'ha d'aguantar mai la respiració durant l'ascens.

Un globus conté $2\ \text{L}$ d'aire a $27\ \celsius$. Es deixa al sol i, expandint-se a pressió constant, arriba a un volum de $2,2\ \text{L}$.

1. a) Expressa la temperatura inicial en kelvins.
2. b) Calcula la temperatura final de l'aire en kelvins.
3. c) Expressa-la en graus Celsius.

Al laboratori s'escalfa aire a pressió constant i s'obtenen aquestes mesures: a $300\ \text{K}$ el volum és $600\ \text{mL}$; a $350\ \text{K}$, $700\ \text{mL}$; a $400\ \text{K}$, $800\ \text{mL}$. La gràfica recull les tres mesures.

1. a) Calcula el quocient $\frac{V}{T}$ de cada mesura: què observes?
2. b) Quina llei s'està comprovant?
3. c) Prediu el volum que mesuraries a $450\ \text{K}$.
4. d) Si prolongues les dades cap enrere, a quina temperatura el volum seria zero? Com s'anomena aquesta temperatura i per què creus que un gas real no hi arriba mai?

Un gas ocupa $4\ \text{L}$ a $27\ \celsius$ i $1\ \text{atm}$. Primer es comprimeix a temperatura constant fins a $2\ \text{L}$ i, a continuació, s'escalfa a pressió constant fins a $177\ \celsius$.

1. a) Quina pressió té el gas després de la compressió?
2. b) Expressa en kelvins les temperatures del segon pas.
3. c) Quin volum ocupa el gas al final?
4. d) Dibuixa al teu quadern un esquema amb els tres estats i escriu sobre cada fletxa el nom de la llei aplicada.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.