הגדרה של חוקי גז (מתוך בויל, צ'ארלס ומשולב)

קנדלה רוסיו ברביסאן | דצמבר 2021
מהנדס כימי

חוק בויל

הראשון הוא ה חוֹק של בויל הקובע את הקשר בין נפח ולחץ של גז. במקרה זה, ידוע שהקשר בין שני המשתנים הוא פרופורציונלי הפוך: אם הלחץ של גז עולה, נפחו יורד באופן יחסי. באופן דומה, אם הלחץ יורד, נפחו גדל באופן פרופורציונלי. ונכון גם ש: אם הנפח גדל, הלחץ יורד באופן פרופורציונלי ולהיפך.

לשם כך, בויל חקר את התנהגות הגז בצינור "U" מלא במרקורי, כאשר קצה אחד פתוח והשני סגור. כאשר מוסיפים כספית מעל רמת הקצה הסגור, נפח ה- אוויר לכוד בקצה זה פוחת באופן יחסי לתוספת הכספית שמפעילה עליה לחץ בקצה השני.

ובויל לא רק צפה במגמה, אלא גם כימת את הווריאציות הללו, וגילה כי, למשל, אם גז נדחס על ידי הפחתת נפחו בחצי, הלחץ יוגבר לכפול התחלתי.

לכן, נוכל לבטא את האמור לעיל באופן הבא:

פ_אני. V_אני = P_ו. V_ו

כאשר "i" מתייחס למצב ההתחלתי ו-"f" למצב הסופי.

יש לציין שבויל חקר התנהגות זו ב גזים נעול ל טֶמפֶּרָטוּרָה קבוע, כלומר איזותרמית.

צ'ארלס לאו

חוק צ'ארלס בא להגדיר את הקשר בין שני משתנים אחרים, הטמפרטורה והנפח של גז. בדרך זו, צ'ארלס מצא את מידתיות ישיר שקיים בין הטמפרטורה לנפח של כמות קבועה של גז, אם זה בלחץ קבוע, כלומר איזוברית.

נחזור לדוגמא עם מרקורי. נניח שצינור שיש לו נורה בקצה אחד ופתוחה לאטמוספירה בקצה השני, כך יכול לנוע בתוכו פקק כספית. כעת, לחץ הגז בתוך הנורה תמיד שווה לאטמוספירה ול- תְזוּזָה פקק הכספית יצביע על עלייה או ירידה בנפח הגז עם חימום או קירור הגז.

בוא נראה דוגמה ביתית, נניח שיש לך בלון מנופח והוא חשוף לירידה בטמפרטורה, נראה שהבלון מתחיל לרדת אוטומטית בנפחו. כאשר הבלון מוחזר לטמפרטורה סביבה, שוב הטמפרטורה עולה והבלון מתרחב. לכן, מודגם הקשר הפרופורציונלי הקיים בין טמפרטורה לנפח. במקרה זה, כאשר הבלון מתחמם, הטמפרטורה של החלקיקים בפנים עולה וה- אנרגיה קינטית מהם גם כן. זה מייצר עלייה ב כוח הם מתאמצים על דפנות הבלון והבלון מתרחב מבלי להגביר את הלחץ הפנימי מעבר ללחץ הראשוני.

לכן, צ'ארלס מציין שנפחו של כל גז עומד ביחס ישר לטמפרטורה שלו במעלות קלווין אם הלחץ נשמר קבוע.

חוק גז משולב

לסיכום, ידוע שנפח הגז עומד ביחס הפוך ללחץ שלו וביחס ישר לטמפרטורה. עם זאת, צ'ארלס ובויל חקרו התנהגויות אלו על ידי שמירת חלק מהמשתנים קבועים. בשל כך, זה נחשב לתקף באותה מידה לקבוע את אחד משלושת המשתנים ללא קשר לסדר בו משתנים שני האחרים. כלומר, תחילה ניתן להעריך את נפח הגז משינוי לחץ ולאחר מכן משינוי טמפרטורה, או להיפך.

זה מרמז שכאשר לחץ וטמפרטורה משתנים בגז, ניתן להשתמש בשני החוקים בצורה מסוימת עצמאי ויתרה מכך, נפח הגז בטמפרטורה ולחץ קבועים עומד ביחס ישר למספר חלקיקי גז.