Definicija plinskih zakona (od Boylea, Charlesa i Combined)

Candela Rocío Barbisan | prosinca 2021
Inženjer kemije

Boyleov zakon

Prvi je Zakon Boylea koji uspostavlja odnos između volumena i tlaka plina. U ovom slučaju je poznato da je odnos između obje varijable obrnuto proporcionalan: ako se tlak plina povećava, njegov volumen se proporcionalno smanjuje. Slično, ako se tlak smanji, njegov volumen se proporcionalno povećava. A također je točno da: ako se volumen povećava, tlak se proporcionalno smanjuje i obrnuto.

Da bi to učinio, Boyle je proučavao ponašanje plina u "U" cijevi ispunjenoj Merkurom, s jednim krajem otvorenim, a drugim zatvorenim. Kada se Merkur doda iznad razine zatvorenog kraja, volumen zrak zarobljena na tom kraju smanjuje se proporcionalno dodatku žive koji vrši pritisak na njega na drugom kraju.

A Boyle ne samo da je promatrao trend, već je i kvantificirao te varijacije, otkrivši da, na primjer, ako plin se komprimira smanjenjem njegovog volumena za polovicu, tlak će se povećati na dvostruko veći početni.

Stoga, gore navedeno možemo izraziti na sljedeći način:

P_i. V_i = P_F. V_F

Gdje se "i" odnosi na početno stanje, a "f" na konačno stanje.

Treba napomenuti da je Boyle proučavao ovo ponašanje u plinovi zaključan do temperatura konstantno, odnosno izotermno.

Charles Law

Charlesov zakon je definirao odnos između dvije druge varijable, temperature i volumena plina. Na taj je način Charles pronašao proporcionalnost izravna koja postoji između temperature i volumena fiksne količine plina, ako je ona pod konstantnim tlakom, to jest izobarski.

Vratimo se na primjer s Merkurom. Pretpostavimo da je cijev koja na jednom kraju ima žarulju, a na drugom je otvorena za atmosferu, na taj način se živin čep može kretati unutar nje. Sada je tlak plina unutar žarulje uvijek jednak atmosferskom i pomak Živin čep će pokazati povećanje ili smanjenje volumena plina kako se plin zagrijava ili hladi.

Pogledajmo domaći primjer, pretpostavimo da imate napuhani balon i da je izložen smanjenju temperature, vidjet ćemo da balon automatski počinje smanjivati ​​volumen. Kada se balon vrati na temperaturu okoliš, opet temperatura raste i balon se širi. Stoga se pokazuje izravno proporcionalan odnos između temperature i volumena. U ovom slučaju, kada se balon zagrije, temperatura čestica unutar se povećava i Kinetička energija od njih također čini. To dovodi do povećanja snagu Djeluju na stijenke balona i balon se širi bez povećanja unutarnjeg tlaka iznad početnog tlaka.

Stoga Charles ističe da je volumen svakog plina izravno proporcionalan njegovoj temperaturi u stupnjevima Kelvina ako se tlak održava konstantnim.

Zakon o kombiniranom plinu

Rekapitulirajući, poznato je da je volumen plina obrnuto proporcionalan njegovom tlaku i izravno proporcionalan temperaturi. Međutim, Charles i Boyle proučavali su ova ponašanja držeći neke od varijabli konstantnim. Zbog toga se smatra jednako valjanim određivanje jedne od tri varijable bez obzira na redoslijed kojim druge dvije variraju. To jest, prvo možete procijeniti volumen plina iz promjene tlaka, a zatim iz promjene temperature, ili obrnuto.

To implicira da se, kada se tlak i temperatura mijenjaju u plinu, na neki način mogu koristiti oba zakona neovisno i nadalje, volumen plina pri konstantnoj temperaturi i tlaku izravno je proporcionalan broju čestice plina.