Constanta universală a gazului ideal
Constanta universală a gazului ideal[1]sau constanta molară a gazelor[2]este o constantă fizică care intervine în multe relații din fizică, cum ar fi ecuația de stare a gazului ideal (numită și legea gazelor ideale) sau ecuația lui Nernst. Este similară cu constanta Boltzmann, însă, în loc de a fi exprimată în unități de energie per Kelvin și particulă, este exprimată în unități de energie (ca produs ) per Kelvin și mol. Constanta se exprimă în aceleași unități ca și entropia molară.
Simbolul său este ,[1][2] atribuit în onoarea lui Henri Victor Regnault.
În România, valoarea standardizată este:[3]
unde cifrele din paranteză indică incertitudinea măsurătorilor, în milionimi (la ultimele două cifre), ceea ce dă o eroare relativă de 8,4×10-6
CODATA furnizează o valoare mai exactă:[4]
cu o eroare relativă de 1,8×10−6.
Ecuația de stare a gazului ideal în care intervine constanta universală a gazului ideal este:
unde este presiunea absolută, este volumul gazului, este numărul de moli de gaz, iar este temperatura.
Relația cu constanta Boltzmann
Constanta universală a gazului ideal poate fi exprimată ca produs dintre constanta Boltzmann ( sau ) și numărul particulelor dintr-un mol, dat de numărul lui Avogadro ( ):
Măsurători experimentale
Una dintre metodele de măsurare a constantei universale a gazului ideal se bazează pe măsurarea vitezei sunetului ( ) în argon la presiunea și temperatura a punctului triplu al apei (273,16 K) și extrapolarea la presiune zero ( ). Valoarea se obține din relația:
unde:
- este coeficientul de transformare adiabatică (5/3 pentru argon);
- este masa molară a argonului.[4]
Constantele caracteristice ale gazelor ideale
Constanta caracteristică a gazului ideal a unui gaz sau a unui amestec de gaze ( ) se obține împărțind constanta universală a gazului ideal la masa molară ( ) a gazului sau amestecului de gaze:
Pentru aer uscat, constanta caracteristică are valoarea de 286,9 J/kg K
La fel ca la constanta universală, constantele caracteristice pot fi legate de constanta Boltzmann prin masa moleculară ( ) a gazului:
O altă relație importantă în care intervine constanta caracteristică a gazului este cea a lui Robert Mayer:
unde este capacitatea termică masică la presiune constantă, iar este capacitatea termică masică la volum constant a gazului sau amestecului de gaze respectiv.[5]
În aplicațiile inginerești se obișnuiește să se noteze cu constanta caracteristică a gazului, în loc de constanta universală. În aceste lucrări constanta universală este notată cu sau în alte moduri. În caz de dubiu, ecuația dimensională clarifică tipul constantei la ce se referă notația.[6]