Stała gazowa

parametr wiążący energię z temperaturą i ilością substancji

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

edytuj

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

edytuj

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

edytuj

W zależności od potrzeb, stała gazowa może być wyrażona w różnych jednostkach[5]:

Wartość stałej R Jednostka
Jednostki SI
8,31446 26181 5324 JK−1mol−1
8,31446 26181 5324 m3PaK−1mol−1
8,31446 26181 5324 kg⋅m2s−2K−1mol−1
Inne używane jednostki
83,14462 61815 324

dm3hPaK-1mol-1

8314,46261 81532 4 LPaK−1mol−1
8,31446 26181 5324 LkPaK−1mol−1
0,08314 46261 81532 4 LbarK−1mol−1
1,98720 42586 4083 calK−1mol−1

Zobacz też

edytuj
  1. R = 848 kgfm/k (mol·K) w układzie ciężarowym.

Przypisy

edytuj
  1. gazowa stała, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2021-12-20].
  2. a b Peter J. Mohr, Barry N. Taylor, David B. Newell, CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2006, „Reviews of Modern Physics”, 80 (2), 2008, s. 633–730, DOI10.1103/RevModPhys.80.633 (ang.).
  3. a b Redefinicja SI, Warszawa: Główny Urząd Miar, 2018, s. 18 [dostęp 2020-11-16].
  4. The Individual and Universal Gas Constants. The Engineering ToolBox. [dostęp 2016-05-29].
  5. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty [online].

Bibliografia

edytuj
  • E. Kalinowski: Termodynamika. Wrocław: Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, 1994.
  • J. Szargut: Termodynamika techniczna. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2000.
  • E. Tuliszka: Termodynamika techniczna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1980.
  • S. Wiśniewski: Termodynamika techniczna. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2005.