Παράδειγμα νόμου Gay-Lussac

Ο Γάλλος Επιστήμονας Louis Joseph de Gay-Lussac μελέτησε τα φαινόμενα που συμβαίνουν με ένα αέριο, όταν περιέχεται σε κλειστό δοχείο (σταθερός όγκος) και η θερμοκρασία ποικίλλει. Τα αέρια, από φυσική άποψη, μπορούν να μελετηθούν από τρία χαρακτηριστικά που είναι: τόμος, ποιος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει και ποιος για πειραματικούς σκοπούς είναι ο τόμος που γεμίζει a δοχείο. Πίεση, που είναι η δύναμη που ασκεί το αέριο στα τοιχώματα του δοχείου και επίσης η δύναμη που μπορεί να ασκηθεί στο αέριο, για παράδειγμα, μέσω ενός εμβόλου. Το τρίτο χαρακτηριστικό είναι η θερμοκρασία, καθώς τα αέρια αυξάνουν την κίνησή τους όταν η θερμοκρασία αυξάνεται και όταν μειώνεται, η κίνησή τους μειώνεται επίσης.

Ως αποτέλεσμα των παρατηρήσεών του, συνειδητοποίησε ότι έχοντας έναν ορισμένο όγκο αερίου και αυτό δεν ποικίλλει καθ 'όλη τη διάρκεια του πειράματος, η θέρμανση της μάζας του αερίου αυξάνει την κινητική ενέργεια, τα μόρια της αρχίζουν να απομακρύνονται το ένα από το άλλο και η μάζα του αερίου επεκτείνεται, η οποία έχει ως συνέπεια ότι η πίεση που ασκεί το αέριο στα τοιχώματα του δοχείο. Παρατήρησε επίσης ότι καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, μειώνεται η κινητική ενέργεια του αερίου και μειώνεται η πίεση που ασκεί στα τοιχώματα του δοχείου. Αυτό συνοψίζεται στην κλήση

Gay Lussac Νόμος:

Η πίεση που ασκείται από έναν σταθερό όγκο αερίου στα τοιχώματα του δοχείου που το περιέχει είναι ευθέως ανάλογο με τη διακύμανση της θερμοκρασίας.

Στο νόμο του Gay-Lussac, για έναν δεδομένο όγκο αερίου, υπάρχει πάντα η ίδια σχέση μεταξύ της πίεσης και της θερμοκρασίας του, δηλαδή, αυτή η σχέση είναι πάντα σταθερή. Αυτό εκφράζεται με τον ακόλουθο τύπο:

P / T = k
Π₁/ Τ₁ = Ρ₂/ Τ₂ = κ
Ρ, Π₁, Π₂ = Η πίεση του αερίου, η οποία μπορεί να εκφραστεί σε ατμόσφαιρες (σε) ή σε γραμμάρια ανά τετραγωνικό εκατοστό (g / cm)²)
Τ, Τ₁, Τ₂ = Είναι η θερμοκρασία του αερίου, η οποία μπορεί να εκφραστεί σε βαθμούς Κελσίου (° C) ή μοίρες στην κλίμακα απόλυτου μηδέν ή βαθμούς Κέλβιν (° Κ)
k = είναι η σταθερά της σχέσης πίεσης και θερμοκρασίας για τον συγκεκριμένο όγκο αερίου.

Από αυτόν τον τύπο, μπορούν να επιλυθούν οι τιμές των συστατικών του:

P / T = k
T = P / k
P = Τ * κ

3 εφαρμοσμένα παραδείγματα του νόμου του Gay-Lussac:

1. Ένα δοχείο περιέχει έναν όγκο αερίου που βρίσκεται σε πίεση 1,2, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 22 ° C στις 10 το πρωί. Υπολογίστε την πίεση που θα έχει το αέριο όταν η θερμοκρασία ανέλθει στους 28 ° C το μεσημέρι

Π₁ = 1.2 στις
Τ₁ = 22 ° C
Π₂ = ?
Τ₂ = 28 ° C

Πρώτα υπολογίζουμε τη σταθερά αυτού του αερίου:

Π₁/ Τ₁ = Ρ₂/ Τ₂ = κ
1.2 / 22 = 0.0545

Τώρα λύουμε για την τιμή του P₂:

Π₂ = Τ₂* k = (28) (0,0545) = 1,526 σε

Έτσι το μεσημέρι, η πίεση θα είναι 1.526 ατμόσφαιρες.

2. Ένα δοχείο περιέχει έναν όγκο αερίου που βρίσκεται σε πίεση 25 g / cm², σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 24 ° C. Υπολογίστε την πίεση που θα έχει το αέριο όταν η θερμοκρασία του μειωθεί κατά 18 ° C.

Π₁ = 25 g / cm²
Τ₁ = 24 ° C
Π₂ = ?
Τ₂ = (24-18) = 6 ° C

Πρώτα υπολογίζουμε τη σταθερά αυτού του αερίου:

Π₁/ Τ₁ = Ρ₂/ Τ₂ = κ
25 / 24 = 1.0416

Τώρα λύουμε για την τιμή του P₂:

Π₂ = Τ₂* k = (6) (1,0416) = 6,25 g / cm²

Μειώνοντας τη θερμοκρασία 18 ° C, η τελική θερμοκρασία θα είναι 6 ° C και η πίεση θα είναι 6,25 g / cm².

3. Υπολογίστε την αρχική θερμοκρασία ενός όγκου αερίου, αν γνωρίζουμε ότι η αρχική του πίεση ήταν 3,5 στα, και όταν φτάσει τους 67 ° C η πίεση του είναι 16,75 στα.

Π₁ = 3,5 στις
Τ₁ = ?
Π₂ = 16,75 στις
Τ₂ = 67 ° C

Πρώτα υπολογίζουμε τη σταθερά αυτού του αερίου:

Π₁/ Τ₁ = Ρ₂/ Τ₂ = κ
16.75 / 67 = 0.25

Τώρα λύουμε για την τιμή του Τ₁:

Τ₁ = Ρ₁/ k = (3,5) / (0,25) = 14 ° C

Η αρχική θερμοκρασία ήταν 14 ° C.