Příklad zákona Gay-Lussac

Francouzský vědec Louis Joseph de Gay-Lussac studoval jevy, ke kterým dochází u plynu, pokud je obsažen v uzavřené nádobě (stálý objem), a teplota se mění. Plyny lze z fyzikálního hlediska studovat ze tří charakteristik, kterými jsou: objem, což je prostor, který zabírá, a který je pro experimentální účely objem, který vyplňuje a kontejner. Tlak, což je síla, kterou plyn vyvíjí na stěny nádoby, a také síla, kterou lze na plyn aplikovat, například pomocí pístu. Třetí charakteristikou je teplota, protože plyny zvyšují svůj pohyb, když teplota stoupá a když klesá, jejich pohyb se také snižuje.

V důsledku svých pozorování si uvědomil, že mít určitý objem plynu, který se během experimentu nemění, zahřívání hmoty plynu zvyšuje jeho kinetická energie, její molekuly se začínají od sebe vzdalovat a hmotnost plynu se rozšiřuje, což má za následek, že tlak, který plyn vyvíjí na stěny kontejner. Také pozoroval, že jak teplota klesá, klesá kinetická energie plynu a snižuje se tlak, který vyvíjí na stěny nádoby. To je shrnuto ve výzvě Zákon Gay Lussaca:

Tlak vyvíjený stálým objemem plynu na stěny nádoby, která jej obsahuje, je přímo úměrný kolísání teploty.

V Gay-Lussacově zákoně je pro daný objem plynu vždy stejný vztah mezi jeho tlakem a jeho teplotou, to znamená, že tento vztah je vždy konstantní. To je vyjádřeno následujícím vzorcem:

P / T = k
P₁/ T₁ = P₂/ T₂ = k
P, P₁, P₂ = Tlak plynu, který lze vyjádřit v atmosférách (at) nebo v gramech na centimetr čtvereční (g / cm)²)
T, T₁, T₂ = Je to teplota plynu, kterou lze vyjádřit ve stupních Celsia (° C) nebo ve stupních na stupnici absolutní nuly nebo ve stupních Kelvina (° K)
k = je konstanta vztahu tlaku a teploty pro konkrétní objem plynu.

Z tohoto vzorce lze vyřešit hodnoty jeho složek:

P / T = k
T = P / k
P = T * k

3 aplikované příklady zákona Gay-Lussaca:

1. Kontejner obsahuje objem plynu, který je pod tlakem 1,2 at, při teplotě okolí 22 ° C v 10 hodin ráno. Vypočítejte tlak, který bude mít plyn, když teplota v poledne stoupne na 28 ° C

P₁ = 1,2 at
T₁ = 22 ° C
P₂ = ?
T₂ = 28 ° C

Nejprve vypočítáme konstantu tohoto plynu:

P₁/ T₁ = P₂/ T₂ = k
1.2 / 22 = 0.0545

Nyní vyřešíme hodnotu P₂:

P₂ = T₂* k = (28) (0,0545) = 1,526 při

V poledne bude tedy tlak 1526 atmosfér.

2. Nádoba obsahuje objem plynu, který je pod tlakem 25 g / cm², při teplotě okolí 24 ° C Vypočítejte tlak, který bude mít plyn, když jeho teplota poklesne o 18 ° C.

P₁ = 25 g / cm²
T₁ = 24 ° C
P₂ = ?
T₂ = (24-18) = 6 ° C

Nejprve vypočítáme konstantu tohoto plynu:

P₁/ T₁ = P₂/ T₂ = k
25 / 24 = 1.0416

Nyní vyřešíme hodnotu P₂:

P₂ = T₂* k = (6) (1,0416) = 6,25 g / cm²

Snížením teploty o 18 ° C bude konečná teplota 6 ° C a tlak bude 6,25 g / cm².

3. Vypočítejte počáteční teplotu objemu plynu, pokud víme, že jeho počáteční tlak byl 3,5 at, a když dosáhne 67 ° C, jeho tlak je 16,75 at.

P₁ = 3,5 at
T₁ = ?
P₂ = 16,75 v
T₂ = 67 ° C

Nejprve vypočítáme konstantu tohoto plynu:

P₁/ T₁ = P₂/ T₂ = k
16.75 / 67 = 0.25

Nyní vyřešíme hodnotu T₁:

T₁ = P₁/ k = (3,5) / (0,25) = 14 ° C

Počáteční teplota byla 14 ° C.