Definice plynových zákonů (Boyle, Charles a Combined)

Candela Rocío Barbisan | prosinec 2021
Chemický inženýr

Boyleův zákon

První z nich je Zákon Boylea, který stanoví vztah mezi objemem a tlakem plynu. V tomto případě je známo, že vztah mezi oběma proměnnými je nepřímo úměrný: pokud se tlak plynu zvyšuje, jeho objem se úměrně zmenšuje. Podobně, pokud tlak klesá, úměrně se zvětšuje jeho objem. A také platí, že: zvětšuje-li se objem, úměrně klesá tlak a naopak.

Za tímto účelem Boyle studoval chování plynu v "U" trubici naplněné Merkurem, s jedním koncem otevřeným a druhým uzavřeným. Když se přidá rtuť nad úroveň uzavřeného konce, objem vzduch zachycený na tomto konci klesá úměrně přídavku rtuti, který na něj vyvíjí tlak na druhém konci.

A Boyle nejen pozoroval trend, ale kvantifikoval tyto variace a zjistil, že například pokud a plyn se stlačí zmenšením jeho objemu na polovinu, tlak se zvýší na dvojnásobek počáteční.

Proto můžeme výše uvedené vyjádřit takto:

P_i. PROTI_i = P_F. PROTI_F

Kde "i" odkazuje na počáteční stav a "f" na konečný stav.

Je třeba poznamenat, že Boyle studoval toto chování v plyny zamčený do teplota konstantní, tedy izotermicky.

Charles Law

Charlesův zákon definoval vztah mezi dvěma dalšími proměnnými, teplotou a objemem plynu. Tímto způsobem Charles našel proporcionalita přímý, který existuje mezi teplotou a objemem pevného množství plynu, pokud je toto za konstantního tlaku, to znamená izobaricky.

Vraťme se k příkladu s Merkurem. Předpokládejme trubici, která má na jednom konci baňku a na druhém konci je otevřená do atmosféry, tímto způsobem se v ní může pohybovat rtuťová zátka. Nyní je tlak plynu uvnitř baňky vždy roven atmosférickému a přemístění Rtuťová zátka bude indikovat zvýšení nebo snížení objemu plynu, jak se plyn zahřívá nebo ochlazuje.

Podívejme se na domácí příklad, předpokládejme, že máte nafouknutý balónek a je vystaven poklesu teploty, uvidíme, že balón automaticky začne zmenšovat objem. Když se balónek vrátí na teplotu životní prostředí, opět se zvýší teplota a balón se roztáhne. Proto je demonstrován přímo úměrný vztah, který existuje mezi teplotou a objemem. V tomto případě, když se balónek zahřeje, teplota částic uvnitř se zvýší a Kinetická energie z nich také dělá. To vede ke zvýšení síla Působí na stěny balónku a balónek expanduje, aniž by se vnitřní tlak zvýšil nad počáteční tlak.

Proto Charles poukazuje na to, že objem jakéhokoli plynu je přímo úměrný jeho teplotě ve stupních Kelvina, pokud je tlak udržován konstantní.

Zákon o sdružených plynech

Při rekapitulaci je známo, že objem plynu je nepřímo úměrný jeho tlaku a přímo úměrný teplotě. Charles a Boyle však toto chování studovali tak, že udržovali některé proměnné konstantní. Z tohoto důvodu se považuje za stejně platné určit jednu ze tří proměnných bez ohledu na pořadí, ve kterém se ostatní dvě mění. To znamená, že nejprve můžete odhadnout objem plynu ze změny tlaku a poté ze změny teploty nebo naopak.

To znamená, že při změně tlaku a teploty v plynu lze určitým způsobem použít oba zákony nezávislý a navíc objem plynu při konstantní teplotě a tlaku je přímo úměrný počtu částice plynu.