กฎหมายทั่วไปของรัฐก๊าซ

ดิ กฎหมายทั่วไปของรัฐก๊าซ พิจารณาการรวมกันของกฎสามแก๊ส: กฎของบอยล์ กฎของเกย์-ลุสแซก และกฎของชาร์ลส์ แต่ละคนมีหน้าที่รับผิดชอบสองตัวแปรพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกัน ได้แก่ ความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิ

กฎทั่วไปของสถานะก๊าซกำหนดความสัมพันธ์คงที่ระหว่างความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิ ในรูปแบบของสมการ:

PV / T = P'V '/ T'

หมายความว่า อัตราส่วนความดัน-ปริมาตรกับอุณหภูมิ จะมี มีค่าเท่ากันทั้งต้นและปลาย ของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับก๊าซ กระบวนการดังกล่าวอาจเป็นการขยายหรือหดตัวก็ได้

ลักษณะและคุณสมบัติของก๊าซ

เมื่อรู้ว่าก๊าซประกอบด้วยโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็ว เราสามารถเข้าใจได้ว่าทำไมพวกมันถึงทำหน้าที่ในลักษณะที่พวกมันทำ ถ้าเราลงไปในเหมืองลึกหรือขึ้นลิฟต์ แก้วหูจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของระดับความสูง

ที่ระดับความสูงสูง โมเลกุลของอากาศจะห่างกันมากขึ้น และที่ระดับความลึกของเหมือง พวกมันจะอยู่ใกล้กันมากกว่าที่ระดับน้ำทะเล สมมติว่าอุณหภูมิเท่ากัน โมเลกุลจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน จริง ๆ แล้วที่ความเร็วเท่ากัน ความเร็วเฉลี่ย แต่ในเหมืองพวกเขาชนแก้วหูในจำนวนที่มากกว่าที่ระดับน้ำทะเลในช่วงเวลาเดียวกันของ สภาพอากาศ

การทิ้งระเบิดที่รุนแรงกว่านี้ (แรงกดดันมากขึ้น) ของแก้วหูคือสิ่งที่ก่อให้เกิดความรู้สึกแปลก ๆ ของการสืบเชื้อสายสู่เหมืองลึกในหู

กฎของบอยล์

กฎของบอยล์เป็นหนึ่งในกฎของแก๊สและหมายถึง ความแปรผันของปริมาตรของก๊าซเนื่องจากความดัน. Robert Boyle เป็นคนแรกที่ศึกษาผลกระทบของแรงกดดันต่อปริมาตรของก๊าซอย่างรอบคอบ

เขาสังเกตเห็นว่าก๊าซทั้งหมดทำงานในลักษณะเดียวกันเมื่ออยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงความดัน โดยมีเงื่อนไขว่า อุณหภูมิคงที่.

สามารถระบุได้ดังนี้

"ปริมาตรของก๊าซแห้งทั้งหมดที่อุณหภูมิคงที่จะแปรผกผันกับความดันที่เกิดขึ้น"

สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้

V แปรผันเป็น 1 / P

V = k (ค่าคงที่) * 1 / P

หรือ V * P = k

จึงแสดงออกมาอีกว่า

"สำหรับมวลของก๊าซแห้งที่อุณหภูมิคงที่ ผลคูณของปริมาตรและความดันจะคงที่"

Charles Law

ชาร์ลส์ศึกษาการขยายตัวของก๊าซและแสดงให้เห็นว่าเมื่อคงค่าความดันคงที่ ก๊าซทั้งหมดจะขยายตัวในระดับที่เท่ากันเมื่อถูกความร้อนตามจำนวนองศาที่กำหนด

หากวัดปริมาตรของก๊าซที่ 32 ° F และอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 33 ° F โดยไม่เปลี่ยนความดัน ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นจะเท่ากับ 1/492 ของต้นฉบับ

กฎของชาร์ลส์มีการแสดงออกทางคณิตศาสตร์:

วี / ที = วี ’/ ที’

แสดงว่าความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและอุณหภูมิเหมือนกันทั้งในสถานะเริ่มต้นและในสถานะสุดท้าย นี่ถ้า แรงดันคงที่.

กฎหมายเกย์-ลูสแซก

Gay-Lussac ได้ประกาศกฎหมายที่กำหนดว่าความดันและอุณหภูมิสัมพันธ์กันอย่างไรเมื่อรักษาไว้ คงที่ปริมาตรที่ก๊าซครอบครอง.

เมื่อความดันต่ำ โมเลกุลของแก๊สจะกระวนกระวายมากขึ้น สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูง ในทางกลับกัน ความดันที่สูงขึ้นจะทำให้โมเลกุลอัดแน่นและระบบจะเย็นลง

กฎของ Gay Lussac แสดงทางคณิตศาสตร์ดังนี้:

P / T = P '/ T'

กฎหมายทั่วไปของรัฐก๊าซ

เมื่อใดก็ตามที่มีการวัดมวลของก๊าซ ให้สังเกตไม่เพียงแต่ปริมาตร แต่ยังรวมถึงความดันและอุณหภูมิที่ทำการวัดด้วย บ่อยครั้งจำเป็นต้องคำนวณปริมาตรที่สภาวะ NTP (อุณหภูมิและความดันปกติ) เมื่อให้ปริมาตรภายใต้เงื่อนไขอื่นนอกเหนือจากนี้

กฎทั่วไปของสถานะก๊าซคำนึงถึงตัวแปรทั้งหมดที่ผันผวนจากสภาวะสมดุลหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง โดยที่ตัวแปรใดตัวหนึ่งไม่คงที่

PV / T = P'V '/ T'

ยังคงเป็นที่ยอมรับว่าความสัมพันธ์ของตัวแปรทั้งสามนี้เป็นค่าคงที่: ความดัน-ปริมาตรระหว่างอุณหภูมิ

ตัวอย่างกฎทั่วไปของสถานะก๊าซ

1.-ปริมาณก๊าซที่ใช้ 300ml ที่ 283K และ 750mmHg ของความดัน ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 750mmHg

วี = 300มล.

T = 283K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (750mmHg) (300ml) (273K) / (760mmHg) (283K)

V ’= 286 มล

2.-ปริมาณก๊าซใช้ 250 มล. ที่ความดัน 343K และ 740 มม.ปรอท ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 740mmHg

วี = 250มล.

T = 343K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (740mmHg) (250ml) (273K) / (760mmHg) (343K)

V ’= 194 มล.

3.-ปริมาณก๊าซใช้ 100 มล. ที่ความดัน 453K และ 770 มม.ปรอท ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 770mmHg

วี = 100มล.

T = 453K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (770mmHg) (100ml) (273K) / (760mmHg) (453K)

V ’= 61 มล.

4.-ปริมาณก๊าซใช้ 1500 มล. ที่ความดัน 293K และ 745 มม.ปรอท ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 745mmHg

วี = 1500มล

T = 293K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (745mmHg) (1500ml) (273K) / (760mmHg) (293K)

V ’= 1370 ml

5.- ปริมาณก๊าซใช้ 2400 มล. ที่ 323K และ 767 มม. ปรอทของความดัน ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 767mmHg

วี = 2400มล.

T = 323K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (767mmHg) (2400ml) (273K) / (760mmHg) (323K)

V ’= 2047 มล

6.-ปริมาณแก๊ส 1250 มล. ที่ความดัน 653K และ 800 มม. ปรอท ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 800mmHg

วี = 1250มล.

T = 653K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (800mmHg) (1250ml) (273K) / (760mmHg) (653K)

V ’= 550 ml

7.-ปริมาณก๊าซใช้ 890ml ที่ 393K และ 810mmHg ของความดัน ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 810mmHg

วี = 890มล.

T = 393K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (810mmHg) (890ml) (273K) / (760mmHg) (393K)

V ’= 659 มล

8.- ปริมาณก๊าซใช้ 320 มล. ที่ 233K และ 820 mmHg ของความดัน ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 820mmHg

วี = 320มล.

T = 233K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (820mmHg) (320ml) (273K) / (760mmHg) (233K)

V ’= 404 มล.

9.- ปริมาณก๊าซอยู่ที่ 1210 มล. ที่ความดัน 413K และ 795 มม. ปรอท ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 795mmHg

วี = 1210มล.

T = 413K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (795mmHg) (1210ml) (273K) / (760mmHg) (413K)

V ’= 837 มล.

10.-ปริมาณก๊าซใช้ 900ml ที่ 288K และ 725mmHg ของความดัน ค้นหาปริมาตรในสภาวะปกติ: 273K และ 760mmHg

P = 725mmHg

วี = 900มล.

T = 288K

P ’= 760mmHg

วี ’=?

T ’= 273K

PV / T = P'V '/ T'

วี ’= (พี วี ที’) / (พี่ ต)

V ’= (725mmHg) (900ml) (273K) / (760mmHg) (288K)

V ’= 814 มล.