Opgave
In een cilindervormig vat bevindt zich 224 cm3 stikstofgas. De temperatuur van het gas is 20 °C.
De cilinder, die met de opening naar beneden staat zoals in de tekening, wordt afgesloten door een wrijvingsloze zuiger van 168 gram. De oppervlakte van de zuiger is 11,0 cm2.
De druk van het stikstofgas is 1,020•105 Pa.
a) Bereken de buitenluchtdruk.
b) Bereken hoeveel mol stikstofgas in het vat zit.
We gaan van onder tegen de zuiger duwen.
c) Bereken bij welke kracht het volume gehalveerd blijkt.
We laten weer los, maar gaan de temperatuur verhogen tot 67°C.
d) Bereken het volume dat het gas dan inneemt.
Uitwerking vraag (a)
Op de zuiger werkt de kracht van de buitenluchtdruk (b) omhoog, maar de zwaartekracht en het stikstofgas naar beneden. De som van de krachten op elke vierkante centimeter moet nul zijn en dus:
• b = pstikstof + pzuiger [= m.g/A]
• b = 1,020•105 + (0,168•9,81)/(11,0•10-4) = 1,020•105 + 1,498•103 = 1,035•105 Pa.
Uitwerking vraag (b)
• Zie berekening
Uitwerking vraag (c)
Halveren van het volume betekent verdubbelen van de druk, dus 2,040 bar.
• b + pextra = pstikstof + pzuiger
• 1,035•105 + F/(11,0•10-4) = 2,040•105 + 1,498•103
>>
• F = 112 N.
Uitwerking vraag (d)
We laten los. Dus de druk wordt weer de 'oude' druk: 1,020 bar en blijft constant.
De algemene gaswet geeft dan:
