Stała gazowa, uniwersalna stała gazowa, molowa stała gazowa, stała Clapeyrona[1] (symbol R[2]) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej. Jej wartość to 8,31446261815324 J·mol−1·K−1.
Uniwersalna stała gazowa jest stałym współczynnikiem w równaniu stanu gazu doskonałego:
gdzie:
- – ciśnienie gazu (w Pa),
- – temperatura gazu (w K),
- – objętość zajmowana przez gaz podlegający przemianie (w m³),
- – liczba moli gazu podlegającego przemianie.
- z czego wynika
gdzie[3]:
- – stała Avogadra = 6,022 140 76×1023 mol−1,
- – stała Boltzmanna = 1,380 649×10−23 J· K−1.
Wartość uniwersalnej stałej gazowej nie zależy od rodzaju gazu. Po redefinicji jednostek SI, w tym stałej Boltzmanna i stałej Avogadra[3], od 20 maja 2019 jej wartość wynosi dokładnie[a]:
Dla gazu doskonałego, uniwersalna stała gazowa jest równa różnicy ciepła właściwego molowego przy stałej objętości oraz przy stałym ciśnieniu:
Pomiar stałej gazowej
W roku 2006 dokonano pomiaru poprzez pomiar prędkości dźwięku w argonie w temperaturze punktu potrójnego wody (użytego do zdefiniowania kelwina) przy różnych ciśnieniach i ekstrapolacji do granicy ciśnienia zerowego Wartość jest otrzymana wtedy z zależności[2]:
gdzie:
- – wykładnik adiabaty,
- – temperatura,
- – masa molowa argonu.
Indywidualna stała gazowa
Indywidualna stała gazowa (oznaczana symbolem r) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 kg gazu podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.
Również indywidualna stała gazowa jest stałym współczynnikiem w równaniu stanu gazu doskonałego:
gdzie:
- – ciśnienie gazu (w Pa),
- – temperatura gazu (w K),
- – objętość właściwa gazu podlegającego przemianie (w m³/kg).
Indywidualna stała gazowa jest równa różnicy między ciepłem właściwym przy stałej objętości a ciepłem właściwym przy stałym ciśnieniu:
Wartość indywidualnej stałej gazowej jest zależna wyłącznie od masy molowej gazu i można ją wyliczyć z zależności:
gdzie:
- – masa molowa gazu (w kg/mol).
Np. dla powietrza r = 287,05 J/(kg·K) (przyjmując średnią masę molową powietrza 0,0289647 kg/mol i R = 8,3144598 J/(mol·K))[4].
Stała gazowa wyrażona w innych jednostkach
W zależności od potrzeb, stała gazowa może być wyrażona w różnych jednostkach[5]:
Wartość stałej R
|
Jednostka
|
Jednostki SI
|
8,31446 26181 5324
|
J⋅K−1⋅mol−1
|
8,31446 26181 5324
|
m3⋅Pa⋅K−1⋅mol−1
|
8,31446 26181 5324
|
kg⋅m2⋅s−2⋅K−1⋅mol−1
|
Inne używane jednostki
|
83,14462 61815 324
|
dm3⋅hPa⋅K-1⋅mol-1
|
8314,46261 81532 4
|
L⋅Pa⋅K−1⋅mol−1
|
8,31446 26181 5324
|
L⋅kPa⋅K−1⋅mol−1
|
0,08314 46261 81532 4
|
L⋅bar⋅K−1⋅mol−1
|
1,98720 42586 4083
|
cal⋅K−1⋅mol−1
|
Zobacz też
Uwagi
Przypisy
- ↑ gazowa stała, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2021-12-20] .
- ↑ a b Peter J.P.J. Mohr Peter J.P.J., Barry N.B.N. Taylor Barry N.B.N., David B.D.B. Newell David B.D.B., CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2006, „Reviews of Modern Physics”, 80 (2), 2008, s. 633–730, DOI: 10.1103/RevModPhys.80.633 (ang.).
- ↑ a b Redefinicja SI, Warszawa: Główny Urząd Miar, 2018, s. 18 [dostęp 2020-11-16] .
- ↑ The Individual and Universal Gas Constants. The Engineering ToolBox. [dostęp 2016-05-29].
- ↑ The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty [online] .
Bibliografia
- E. Kalinowski: Termodynamika. Wrocław: Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, 1994. Brak numerów stron w książce
- J. Szargut: Termodynamika techniczna. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2000. Brak numerów stron w książce
- E. Tuliszka: Termodynamika techniczna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1980. Brak numerów stron w książce
- S. Wiśniewski: Termodynamika techniczna. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2005. Brak numerów stron w książce