Definicija plinskih zakonov (od Boyla, Charlesa in kombiniranega)

Candela Rocío Barbisan | dec. 2021
Kemijski inženir

Boylov zakon

Prva je zakon Boyla, ki določa razmerje med prostornino in tlakom plina. V tem primeru je znano, da je razmerje med obema spremenljivkama obratno sorazmerno: če se tlak plina poveča, se njegov volumen sorazmerno zmanjša. Podobno, če se tlak zmanjša, se njegov volumen sorazmerno poveča. In res je tudi to: če se volumen poveča, se tlak sorazmerno zmanjša in obratno.

Da bi to naredil, je Boyle preučeval obnašanje plina v "U" cevi, napolnjeni z živim srebrom, pri čemer je en konec odprt in drugi zaprt. Ko se živo srebro doda nad nivo zaprtega konca, se volumen zrak ujet na tem koncu se zmanjša sorazmerno z dodatkom živega srebra, ki izvaja pritisk nanj na drugem koncu.

In Boyle ni le opazoval trenda, ampak je te variacije tudi kvantificiral in odkril, da če npr. plin stisnemo z zmanjšanjem njegove prostornine za polovico, tlak se poveča na dvakrat začetni.

Zato lahko zgoraj navedeno izrazimo takole:

P_jaz. V_jaz = P_F. V_F

Kjer se "i" nanaša na začetno stanje, "f" pa na končno stanje.

Treba je opozoriti, da je Boyle preučeval to vedenje v plini zaprt do temperaturo konstantno, torej izotermno.

Charles Law

Charlesov zakon je definiral razmerje med dvema drugim spremenljivkama, temperaturo in prostornino plina. Na ta način je Charles našel sorazmernost direktna, ki obstaja med temperaturo in prostornino določene količine plina, če je ta pri konstantnem tlaku, se pravi izobarično.

Vrnimo se k primeru z Merkurjem. Recimo, da ima cev, ki ima na enem koncu žarnico, na drugem koncu pa je odprta za atmosfero, na ta način se lahko v njej premika živosrebrni čep. Zdaj je tlak plina v žarnici vedno enak atmosferskemu in premik Živosrebrni čep bo nakazal povečanje ali zmanjšanje prostornine plina, ko se plin segreva ali ohlaja.

Oglejmo si domač primer, recimo, da imate napihnjen balon in je izpostavljen znižanju temperature, videli bomo, da balon samodejno začne zmanjševati prostornino. Ko se balon vrne na temperaturo okolje, spet temperatura naraste in balon se razširi. Zato je prikazano neposredno sorazmerno razmerje, ki obstaja med temperaturo in prostornino. V tem primeru, ko se balon segreje, se temperatura delcev v notranjosti poveča in Kinetična energija od njih tudi. To povzroči povečanje v moč Delujejo na stene balona in balon se širi, ne da bi povečal notranji tlak nad začetnim tlakom.

Zato Charles poudarja, da je prostornina katerega koli plina neposredno sorazmerna z njegovo temperaturo v stopinjah Kelvina, če je tlak konstanten.

Zakon o kombiniranem plinu

Če rekapituliramo, je znano, da je prostornina plina obratno sorazmerna njegovemu tlaku in neposredno sorazmerna s temperaturo. Vendar sta Charles in Boyle preučevala to vedenje tako, da sta nekatere spremenljivke ohranila konstantne. Zaradi tega se šteje, da je enako veljavno določiti eno od treh spremenljivk, ne glede na vrstni red, v katerem se drugi dve spreminjata. To pomeni, da lahko najprej ocenite prostornino plina iz spremembe tlaka in nato iz spremembe temperature ali obratno.

To pomeni, da se lahko ob spremembi tlaka in temperature v plinu na nek način uporabita oba zakona neodvisno in poleg tega je prostornina plina pri konstantni temperaturi in tlaku premo sorazmerna s številom plinski delci.