דוגמה לחוק גיי-לוסק

המדען הצרפתי לואי ג'וזף דה גיי-לוסאק חקר את התופעות שקורות עם גז, כאשר הוא כלול במיכל סגור (נפח קבוע), והטמפרטורה משתנה. מבחינה פיזית ניתן ללמוד גזים משלושה מאפיינים שהם: נפח, שהוא המרחב שהוא תופס, ואשר למטרות ניסוי הוא הנפח הממלא א מְכוֹלָה. הלחץ, שהוא הכוח שמפעיל הגז על קירות המכולה וגם הכוח שניתן להפעיל על הגז, למשל, באמצעות בוכנה. המאפיין השלישי הוא הטמפרטורה, מכיוון שגזים מגבירים את תנועתם כאשר הטמפרטורה עולה וכשהיא פוחתת, גם תנועתם פוחתת.

כתוצאה מהתצפיות שלו, הוא הבין שיש נפח מסוים של גז וזה לא שונה לאורך כל הניסוי, חימום מסת הגז מגדיל את האנרגיה הקינטית, המולקולות שלה מתחילות להתרחק זו מזו ומסת הגז מתרחבת, וכתוצאה מכך הלחץ שהגז עושה על דפנות הגז מְכוֹלָה. הוא גם ציין שככל שהטמפרטורה יורדת, האנרגיה הקינטית של הגז פוחתת והלחץ שהוא מפעיל על קירות המכולה מצטמצם. זה מסוכם בשיחה חוק לוסאקי גיי:

הלחץ המופעל על ידי נפח קבוע של גז על קירות המכולה המכילה אותו הוא פרופורציונלי ישירות לשינוי הטמפרטורה.

בחוק גיי-לוסאק, עבור נפח נתון של גז, תמיד יש את אותו הקשר בין הלחץ שלו לטמפרטורה, כלומר הקשר הזה תמיד קבוע. זה מתבטא בנוסחה הבאה:

P / T = k
פ₁/ ת₁ = P₂/ ת₂ = k
פ, פ₁, פ₂ = לחץ הגז, שיכול להתבטא באטמוספרות (ב) או בגרם לסנטימטר מרובע (גרם / ס"מ²)
T, T₁, ת₂ = זו הטמפרטורה של הגז, שיכולה לבוא לידי ביטוי במעלות צלזיוס (° C) או במעלות בסולם של אפס מוחלט או מעלות קלווין (° K)
k = הוא קבוע של יחס הלחץ והטמפרטורה עבור נפח הגז המסוים הזה.

מנוסחה זו ניתן לפתור את ערכי מרכיביה:

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

3 דוגמאות יישומיות לחוק גיי-לוסאק:

1. מיכל מכיל נפח גז שנמצא בלחץ של 1.2 ב, בטמפרטורת סביבה של 22 מעלות צלזיוס בשעה 10 בבוקר. חישב את הלחץ שיהיה לגז כאשר הטמפרטורה תעלה עד 28 מעלות צלזיוס בצהריים

פ₁ = 1.2 בשעה
ט₁ = 22 מעלות צלזיוס
פ₂ = ?
ט₂ = 28 מעלות צלזיוס

ראשית אנו מחשבים את הקבוע של אותו גז:

פ₁/ ת₁ = P₂/ ת₂ = k
1.2 / 22 = 0.0545

עכשיו נפתור את הערך של P₂:

פ₂ = T₂* k = (28) (0.0545) = 1.526 ב

אז בצהריים הלחץ יהיה 1,526 אטמוספרות.

2. מיכל מכיל נפח גז שנמצא בלחץ של 25 גרם / ס"מ², בטמפרטורת סביבה של 24 מעלות צלזיוס. חישב את הלחץ שיהיה לגז כאשר הטמפרטורה שלו יורדת ב- 18 מעלות צלזיוס.

פ₁ = 25 גרם / ס"מ²
ט₁ = 24 מעלות צלזיוס
פ₂ = ?
ט₂ = (24-18) = 6 מעלות צלזיוס

ראשית אנו מחשבים את הקבוע של אותו גז:

פ₁/ ת₁ = P₂/ ת₂ = k
25 / 24 = 1.0416

עכשיו נפתור את הערך של P₂:

פ₂ = T₂* k = (6) (1.0416) = 6.25 גרם / ס"מ²

על ידי הפחתת הטמפרטורה 18 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה הסופית תהיה 6 מעלות צלזיוס והלחץ יהיה 6.25 גרם / ס"מ².

3. חישב את הטמפרטורה ההתחלתית של נפח גז, אם נדע שהלחץ ההתחלתי שלו היה 3.5 ב, וכשהוא מגיע ל 67 ° C הלחץ שלו הוא 16.75 ב.

פ₁ = 3.5 בשעה
ט₁ = ?
פ₂ = 16.75 בשעה
ט₂ = 67 מעלות צלזיוס

ראשית אנו מחשבים את הקבוע של אותו גז:

פ₁/ ת₁ = P₂/ ת₂ = k
16.75 / 67 = 0.25

כעת אנו פותרים את הערך של T.₁:

ט₁ = P₁/ k = (3.5) / (0.25) = 14 מעלות צלזיוס

הטמפרטורה הראשונית הייתה 14 מעלות צלזיוס.