คำจำกัดความของกฎหมายแก๊ส (จาก Boyle, Charles และ Combined)

Candela Rocío Barbisan | ธ.ค. 2021
วิศวกรเคมี

กฎของบอยล์

คนแรกคือ กฎ ของ Boyle ที่สร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและความดันของแก๊ส ในกรณีนี้ เป็นที่ทราบกันดีว่าความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรทั้งสองเป็นสัดส่วนผกผัน: ถ้าความดันของแก๊สเพิ่มขึ้น ปริมาตรของแก๊สจะลดลงตามสัดส่วน ในทำนองเดียวกัน หากความดันลดลง ปริมาตรจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน และยังเป็นความจริงที่ว่า: ถ้าปริมาตรเพิ่มขึ้น ความดันจะลดลงตามสัดส่วนและในทางกลับกัน

เมื่อต้องการทำเช่นนี้ Boyle ได้ศึกษาพฤติกรรมของก๊าซในหลอด "U" ที่บรรจุปรอทไว้ โดยที่ปลายด้านหนึ่งเปิดและอีกด้านหนึ่งปิด เมื่อเติมปรอทเหนือระดับปลายปิด ปริมาตรของ อากาศ ที่ติดอยู่ที่ปลายนั้นจะลดลงตามสัดส่วนกับการเติมปรอทที่ออกแรงกดที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

และบอยล์ไม่เพียงสังเกตแนวโน้มเท่านั้น แต่ยังวัดค่าความผันแปรเหล่านั้นด้วย โดยพบว่า ตัวอย่างเช่น หาก a ก๊าซถูกบีบอัดโดยการลดปริมาตรลงครึ่งหนึ่ง ความดันจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า อักษรย่อ.

ดังนั้นเราจึงสามารถแสดงข้างต้นได้ดังนี้:

NS_ผม. วี_ผม = ป_NS. วี_NS

โดยที่ "i" หมายถึงสถานะเริ่มต้นและ "f" หมายถึงสถานะสุดท้าย

ควรสังเกตว่า Boyle ศึกษาพฤติกรรมนี้ใน ก๊าซ ล็อคถึง อุณหภูมิ คงที่นั่นคืออุณหภูมิความร้อน

Charles Law

กฎของชาร์ลส์มาเพื่อกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรอื่น ๆ อีกสองตัวคืออุณหภูมิและปริมาตรของก๊าซ ด้วยวิธีนี้ ชาร์ลส์พบว่า สัดส่วน ตรงที่มีอยู่ระหว่างอุณหภูมิและปริมาตรของปริมาณคงที่ของก๊าซ ถ้านี่คือความดันคงที่ กล่าวคือ isobarically

กลับไปที่ตัวอย่างกับ Mercury สมมติว่าท่อที่มีหลอดไฟอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งและเปิดออกสู่บรรยากาศที่ปลายอีกด้าน ด้วยวิธีนี้ ปลั๊กปรอทจึงสามารถเคลื่อนที่เข้าไปข้างในได้ ตอนนี้ ความดันแก๊สภายในหลอดไฟจะเท่ากับบรรยากาศและ การกระจัด ปลั๊กปรอทจะระบุการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของปริมาตรก๊าซในขณะที่ก๊าซถูกทำให้ร้อนหรือเย็นลง

มาดูตัวอย่างแบบโฮมเมด สมมติว่าคุณมีบอลลูนที่เป่าลมและสัมผัสกับอุณหภูมิที่ลดลง เราจะเห็นว่าบอลลูนเริ่มลดปริมาตรโดยอัตโนมัติ เมื่อบอลลูนกลับสู่อุณหภูมิ สิ่งแวดล้อมอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีกครั้งและบอลลูนก็ขยายตัว ดังนั้นจึงแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ตามสัดส่วนโดยตรงที่มีอยู่ระหว่างอุณหภูมิและปริมาตร ในกรณีนี้ เมื่อบอลลูนร้อนขึ้น อุณหภูมิของอนุภาคภายในจะเพิ่มขึ้นและ พลังงานจลน์ ของพวกเขาก็ทำเช่นกัน สิ่งนี้ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นใน ความแข็งแกร่ง พวกเขาออกแรงบนผนังของบอลลูนและบอลลูนจะขยายตัวโดยไม่เพิ่มความดันภายในเกินความดันเริ่มต้น

ดังนั้น ชาร์ลส์ชี้ให้เห็นว่าปริมาตรของก๊าซใด ๆ จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิในหน่วยองศาเคลวิน ถ้าความดันคงที่

กฎหมายก๊าซรวม

สรุปแล้วเป็นที่ทราบกันว่าปริมาตรของก๊าซแปรผกผันกับความดันและแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม Charles และ Boyle ศึกษาพฤติกรรมเหล่านี้โดยการรักษาตัวแปรบางตัวให้คงที่ ด้วยเหตุนี้ จึงถือว่าถูกต้องเท่าเทียมกันในการพิจารณาตัวแปรหนึ่งในสามตัวแปรโดยไม่คำนึงถึงลำดับที่อีกสองตัวแปรแปรผัน กล่าวคือ ในขั้นแรก คุณสามารถประมาณปริมาตรของก๊าซจากการเปลี่ยนแปลงความดัน จากนั้นจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ หรือในทางกลับกัน

นี่หมายความว่าเมื่อความดันและอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในก๊าซ กฎทั้งสองข้อก็สามารถนำมาใช้ในทางใดทางหนึ่งได้ อิสระและยิ่งไปกว่านั้น ปริมาตรของก๊าซที่อุณหภูมิและความดันคงที่ยังเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวน อนุภาคก๊าซ