Chất khí được hiểu là những tập hợp những nguyên tử, phân tử. Hay là các hạt tự do chuyển động xung quanh không gian. Do lực của các lực tương tác của các hạt là rất nhỏ nên các hạt ngẫu nhiên va chạm với nhau. Hoặc va vào thành chứa với một tốc độ ngẫu nhiên.
Để giúp cho bạn đọc hiểu rõ hơn về chất khí là gì? Chúng ta cùng nhau tham khảo bài viết dưới đây.
Chất khí là gì?
Chất khí là tập hợp các nguyên tử, phân tử hoặc các hạt tự do chuyển động xung quanh trong không gian. Vì lực tương tác giữa các hạt rất nhỏ, nên các hạt sẽ va chạm ngẫu nhiên với nhau hoặc va chạm vào thành chứa với tốc độ ngẫu nhiên (vận tốc các hạt chỉ thay đổi khi va chạm với các hạt khác hoặc va chạm vào thành chứa). Chất khí là một trong bốn trạng thái quan trọng nhất tồn tại trong tự nhiên và không gian (các trạng thái còn lại là chất rắn, chất lỏng và plasma).
Chất được tạo ra từ chất rắn ở nhiệt độ thấp được chuyển qua trạng thái lỏng ở nhiệt độ cao. Và đổi sang trạng thái khí khi tăng nhiệt độ lên cao. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ, chất khí sẽ biến đổi sang trạng thái plasma.
Các nguyên tố của chất khí tồn tại trong tự nhiên và được sản xuất như hydro (H2), nitơ (N2), oxy (O2), và hai halogen: flo (F2) và clo (Cl2). Khi được nhóm cùng với các khí cao nguyên tố helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) và radon (Rn), chúng được gọi là các khí hiếm.
Cấu tạo của chất khí
Trạng thái vật chất
Chất khí không phải là trạng thái đầu tiên của chất từ trạng thái rắn. Thực tế, các chất có thể chuyển đổi trực tiếp từ trạng thái rắn sang khí thông qua quá trình sublimation. Ngoài ra, chất cũng có thể trực tiếp chuyển từ trạng thái lỏng sang khí thông qua quá trình hơi. Do đó, câu trên có thể chỉnh sửa lại như sau:
Một chất có thể có thể chuyển đổi giữa các trạng thái khác nhau – từ rắn, lỏng đến khí – thông qua quá trình nhiệt độ, áp suất và các yếu tố khác. Ngoài ra, các chất cũng có thể chuyển trực tiếp từ trạng thái rắn sang khí thông qua quá trình sublimation. Hoặc từ trạng thái lỏng sang khí thông qua quá trình hơi.
Cấu tạo chất khí
Chất khí là tập hợp các phần tử giống nhau. Hoặc các nguyên tử đơn lẻ tự do chuyển động trong không gian. Mỗi phân tử hay nguyên tử của chất khí có thể di chuyển độc lập. Và va chạm với các phân tử hay nguyên tử khác. Chất khí có 3 đặc điểm cơ bản:
- Bành trướng: Khi được chứa trong bình. Chất khí sẽ chiếm toàn bộ dung tích của bình.
- Dễ nén: Nếu tăng áp suất lên chất khí, thể tích của nó sẽ giảm đi.
- Khối lượng riêng rất nhỏ: So với chất rắn và chất lỏng, chất khí có khối lượng riêng nhỏ hơn.
Lượng chất và mol
Lượng chất khí được định nghĩa là số lượng phân tử. Hoặc nguyên tử có trong một lượng chất khí đó. Đơn vị lượng chất là mol, được sử dụng trong hệ đo lường quốc tế SI. Theo định nghĩa này, 1 mol chất khí có chứa số lượng phân tử hoặc nguyên tử bằng với số nguyên tử cacbon trong 12 gam cacbon-12.
Ở điều kiện tiêu chuẩn (0 độ C và 1 atm), một mol khí chiếm một thể tích bằng 24,79 lít. Vì vậy, có thể tính số mol của chất khí bằng công thức n = V/24,79. Trong đó, n là số mol của chất khí và V là thể tích của chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn, được tính bằng đơn vị lít.
>>> Trong hệ thống công nghiệp, chắc hẳn bạn muốn biết được quy trình vận hành hệ thống xử lý nước thải năm 2023 mới nhất. Vậy bạn có thể xem Tại đây.
Tính chất của chất khí
Chất khí có tính chất khá nhẹ và thường khó quan sát trực tiếp trong môi trường. Chất khí thường được mô tả qua bốn tính chất vật lý cơ bản: áp suất, thể tích, nhiệt độ và số lượng hạt. Các tính chất này cùng tác động lên nhau để tạo nên các hiện tượng khí đặc trưng như khí áp, khí nén, khí hóa học, khí lý tưởng và các hiện tượng khác. Việc hiểu và ứng dụng các tính chất này rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, vật lý, công nghệ, kỹ thuật và sinh học.
Áp suất
Áp suất của chất khí được ký hiệu là “p” hoặc “P” với đơn vị SI là pascal. Áp suất chất khí thường được sử dụng để chỉ lực trung bình trên một đơn vị diện tích được tác động lên bề mặt của bình chứa. Áp suất chất khí phản ánh mức độ va chạm của các phân tử chất khí với các thành bình chứa hoặc với nhau.
Áp suất chất khí có thể được tạo ra bởi các tác động tự nhiên. Ví dụ như sự tác động của trọng lực trên một khối khí. Hoặc bởi các hoạt động sản xuất, các thiết bị máy móc của con người để tạo ra áp suất chất khí.
Nhiệt độ
Nhiệt độ chất khí được ký hiệu là “T” trong phương trình, với đơn vị SI là kelvin. Thông thường, nhiệt độ của các chất khí thay đổi do điều kiện môi trường bên ngoài. Tạo ra các luồng khí nóng, khí lạnh,… Nhiệt độ của một số loại khí có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng các thiết bị và sản phẩm được tạo ra bởi con người.
Thể tích riêng
Thể tích riêng của chất khí được ký hiệu là “v” và đơn vị SI là mét khối trên kilogram. Thể tích riêng của một chất được định nghĩa là thể tích chiếm. Bởi một đơn vị khối lượng của khí đó trong toàn bộ hệ thống ở trạng thái cân bằng. Tuy nhiên, thể tích riêng của khí khá khó đo vì thể tích không cụ thể là một thuộc tính mở rộng.
Mật độ/ khối lượng riêng của chất khí
Mật độ / khối lượng riêng được ký hiệu được sử dụng để biểu thị mật độ trong phương trình là ρ (rho) với đơn vị SI là kilogam trên mét khối. Chất khí có thể di chuyển tự do trong một bình chứa. Khối lượng của chúng thường được đặc trưng bởi mật độ. Khối lượng riêng của chất là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất. Hoặc nghịch đảo của khối lượng riêng.
Đối với chất khí, mật độ có thể thay đổi trong một phạm vi rộng. Vì các hạt tự do di chuyển lại gần nhau hơn khi bị hạn chế bởi áp suất hoặc thể tích. Sự thay đổi mật độ này được gọi là khả năng nén. Giống như áp suất và nhiệt độ, khối lượng riêng là một biến trạng thái của chất. Và sự thay đổi khối lượng riêng trong bất kỳ quá trình nào cũng bị chi phối bởi các định luật nhiệt động lực học.
Chất khí lý tưởng
Khí lý tưởng là một mô hình tưởng tượng, trong đó các phân tử được coi là các chất điểm không có kích thước và không có tương tác với nhau. Trong mô hình này, khối lượng của các hạt rất nhỏ so với thể tích của khối khí. Và chúng chuyển động hỗn loạn và va chạm đàn hồi với tường bao quanh khối khí.
Mặc dù tính chất của khí lý tưởng rất khác biệt so với khí thực. Tuy nhiên ta có thể suy ra các tính chất của khí thực từ mô hình này. Tuy nhiên, khí thực luôn có sự tương tác giữa các phân tử bên trong khi được đặt ở trạng thái áp suất cao và nhiệt độ thấp. Sự tương tác này ảnh hưởng đến tính chất của khí thực. Làm cho chúng có các tính chất khác biệt so với khí lý tưởng.
Thuyết động học của khí
Thuyết động học của Daniel Bernoulli (1738) mô tả chất như là một tập hợp của rất nhiều phân tử siêu nhỏ, giống nhau và không ngừng chuyển động theo mọi hướng. Khi các phân tử này va chạm đàn hồi và va chạm với thành bình. Chúng tạo ra áp suất lên thành bình. Nhiệt là động năng của các phân tử chuyển động này. Và nhiệt độ càng cao, tốc độ chuyển động của các phân tử càng nhanh.
Ứng dụng thực tế của chất khí đến đời sống con người
Các ứng dụng của chất khí trong đời sống con người rất đa dạng và quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Trong lĩnh vực y tế, các chất khí như oxy được sử dụng để cung cấp cho các máy thở, bình oxy. Và dùng để điều chế và sản xuất thuốc và dược phẩm.
- Chất cũng được sử dụng trong các hệ thống cung cấp năng lượng cho hoạt động của các thiết bị dân dụng và trong các hệ thống nông nghiệp.
- Được sử dụng trong các hoạt động nghiên cứu khoa học. Để điều chế khí lạ và các chất mới. Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng trong việc sửa chữa và bảo dưỡng các loại phương tiện như xe máy, xe ô tô,…
- Sử dụng để tạo ra khí nén trong các hệ thống sản xuất công nghiệp. Và thường được ứng dụng để cung cấp cho các thiết bị van công nghiệp như: van bướm điều khiển khí nén, van bi điều khiển khí nén và van cầu điều khiển khí nén.
Trên đây là những thông tin liên quan đến chất khí là gì? Hi vọng qua những chia sẻ trên có thể giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về bài viết. Nếu bạn đọc đang muốn tìm hiểu về các thiết bị sử dụng được trong hệ thống khí. Hãy liên hệ với top1van.com, để nhân viên có thể hỗ trợ một cách tốt nhất.