A gáztörvények meghatározása (Boyle, Charles és Combined)

Boyle törvénye

Az első a Törvény Boyle, amely meghatározza a gáz térfogata és nyomása közötti összefüggést. Ebben az esetben ismert, hogy a két változó közötti kapcsolat fordítottan arányos: ha egy gáz nyomása nő, térfogata arányosan csökken. Hasonlóképpen, ha a nyomás csökken, a térfogata arányosan nő. És az is igaz, hogy: ha nő a térfogat, akkor arányosan csökken a nyomás és fordítva.

Ennek érdekében Boyle a gáz viselkedését tanulmányozta egy higannyal töltött "U" csőben, amelynek egyik vége nyitva, a másik zárt. Ha a higanyt a zárt vég szintje fölé adjuk, a térfogat a

levegő ezen a végén csapdába esett mennyisége arányosan csökken a másik végén rá nyomást kifejtő higany hozzáadásával.

És Boyle nemcsak megfigyelte a trendet, hanem számszerűsítette is ezeket a változatokat, és felfedezte, hogy például ha egy egy gázt a térfogatának felére csökkentésével összenyomnak, a nyomás kétszeresére nő a kezdeti.

Ezért a fentieket a következőképpen fejezhetjük ki:

P_én. V_én = P_F. V_F

Ahol az „i” a kezdeti állapotra, az „f” pedig a végső állapotra utal.

Meg kell jegyezni, hogy Boyle tanulmányozta ezt a viselkedést gázok bezárva hőfok állandó, azaz izotermikusan.

Charles Law

Károly törvénye két másik változó, a gáz hőmérséklete és térfogata közötti összefüggést határozta meg. Ily módon Charles megtalálta a arányosság közvetlen, amely egy meghatározott mennyiségű gáz hőmérséklete és térfogata között van, ha ez állandó nyomáson, azaz izobáron van.

Térjünk vissza egy példához a Merkúrral. Tegyük fel, hogy egy csőnek az egyik végén izzója van, a másik végén nyitott a légkör felé, így egy higanydugó mozoghat benne. Most a gáznyomás az izzó belsejében mindig egyenlő a légköri nyomással és a elmozdulás A higanydugó jelzi a gáz térfogatának növekedését vagy csökkenését a gáz felmelegedése vagy lehűtése során.

Lássunk egy házi készítésű példát, tegyük fel, hogy van egy felfújt léggömbje, és ki van téve a hőmérséklet csökkenésének, látni fogjuk, hogy a ballon térfogata automatikusan csökkenni kezd. Amikor a ballon visszaáll a hőmérsékletre környezet, ismét emelkedik a hőmérséklet és a léggömb kitágul. Ezért a hőmérséklet és a térfogat között fennálló egyenesen arányos összefüggést mutatjuk be. Ilyenkor a ballon felmelegedésekor a benne lévő részecskék hőmérséklete megnő és a Kinetikus energia közülük is megteszi. Ez növekedést eredményez erő A ballon falaira hatnak, és a ballon kitágul anélkül, hogy a belső nyomás a kezdeti nyomás fölé emelkedne.

Ezért Charles rámutat, hogy bármely gáz térfogata egyenesen arányos Kelvin-fokban mért hőmérsékletével, ha a nyomást állandóan tartják.

Kombinált gáztörvény

Összefoglalva, ismert, hogy a gáz térfogata fordítottan arányos a nyomásával és egyenesen arányos a hőmérsékletével. Charles és Boyle azonban tanulmányozta ezeket a viselkedéseket úgy, hogy néhány változót állandóan tartott. Emiatt egyformán érvényesnek tekinthető a három változó egyikének meghatározása, függetlenül attól, hogy a másik kettő milyen sorrendben változik. Vagyis először nyomásváltozásból, majd hőmérsékletváltozásból becsülheti meg a gáz térfogatát, vagy fordítva.

Ez azt jelenti, hogy amikor a nyomás és a hőmérséklet változik egy gázban, mindkét törvény bizonyos módon alkalmazható független, továbbá a gáz térfogata állandó hőmérsékleten és nyomáson egyenesen arányos a gázok számával gázrészecskék.

A gáztörvény témakörei (Boyle, Charles és Combined)