Boyle se Wet, Charles se Wet en G. Lussac se Wet
Boyle se Wet
Robert Boyle (1627–1691) het eksperimente uitgevoer om die kwantitatiewe verband tussen gasdruk en volume te ondersoek. Hierdie eksperiment het behels dat 'n sekere hoeveelheid gas in 'n geslote houer geplaas word. Hy het tot 'n redelike goeie benadering ontdek dat as die temperatuur van die gas konstant gehou word, die gasvolume afneem soos die gasdruk toeneem. Net so, wanneer die gasdruk afneem, neem die gasvolume toe. Gasdruk is omgekeerd eweredig aan gasvolume. Hierdie verband staan bekend as Boyle se WetWiskundig:
Boyle se wet kan ook geskryf word as:
PV = konstante → vergelyking 1
P1 V1 = P2 V2 → vergelyking 2
Die betekenis van vergelyking 1 is dat by 'n konstante temperatuur (T), as die druk (P) van die gas verander, die volume (V) van die gas ook verander sodat die produk van druk en volume altyd konstant is. As die gasdruk toeneem, neem die gasvolume af of andersom, as die gasdruk afneem, neem die gasvolume toe, sodat die produk van druk en volume altyd konstant is.
'n Grafiek wat die verband tussen volume en druk toon, lyk soos die een hieronder. Gebaseer op sy eksperimente het Robert Boyle ontdek dat gasvolume onreëlmatig verander, wat veroorsaak dat die lyn op die grafiek geboë lyk. Die druk wat op die grafiek uitgebeeld word, is absolute druk, nie maatdruk nie.
Charles se Wet
Honderd jaar nadat Robert Boyle die verband tussen volume en druk ontdek het, het die Franse wetenskaplike Jacques Charles (1746–1823) die verband tussen temperatuur en gasvolume ondersoek. Gebaseer op sy eksperimente het hy ontdek dat as die gasdruk konstant bly, dan neem die volume ook toe soos die temperatuur van die gas toeneem. Omgekeerd, soos die temperatuur van die gas afneem, neem die volume ook af.
Veranderinge in gasvolume as gevolg van temperatuurveranderinge vind gereeld plaas, dus lyk die lyn op hierdie grafiek reguit. As die lyn op die grafiek by laer temperature getrek word, sou dit die as by ongeveer -273°C sny. oC.
Gebaseer op baie eksperimente wat uitgevoer is, is daar gevind dat alhoewel die grootte van die verandering in volume vir elke gas verskil, wanneer die lyn op die V-T-grafiek by 'n laer temperatuur getrek word, die lyn altyd die as sny by ongeveer -273. oC. Ons kan sê dat as die gas afgekoel word tot -273 oC dan is die gasvolume = 0. As die gas weer afgekoel word totdat die temperatuur onder -273 is oC dan sal die volume van die gas negatief wees, iets wat onmoontlik is.
So -273 oC is die laagste temperatuur wat bereik kan word. Omdat die lyn die as sny by ongeveer -273 oC toe, volgens onderlinge ooreenkoms, is bepaal dat die laagste temperatuur wat bereik kon word -273,15 was oC. ‐273,15 oC word absolute nulpunttemperatuur genoem en word gebruik as 'n verwysing vir die absolute skaal, ook bekend as die Kelvin-skaal. Kelvin is vernoem na Lord Kelvin (1824–1907), 'n Britse fisikus. Op hierdie skaal word temperatuur uitgedruk in Kelvin (K), nie grade Kelvin ( nieoK). Die afstand tussen grade is dieselfde as op die Celsius-skaal. 0 K = -273,15 oC en 273,15 K = 0 oC.
Temperatuur in Celsius-skaal kan na Kelvin-skaal omgeskakel word deur 273,15 by te tel, temperatuur in Kelvin-skaal kan na Celsius-skaal omgeskakel word deur 273,15 af te trek. Wiskundig:
T(K) = T(oC) + 273,15
T (oC) = T(K) ‐ 273,15
Inligting:
T = Temperatuur
K = Kelvin
C = Celsius
As die temperatuur in Kelvin-skaal uitgedruk word, sal die grafiek hierbo soos die beeld hieronder lyk.
Gebaseer op hierdie grafiek, kan die gevolgtrekking gemaak word dat by konstante druk, die gasvolume altyd direk eweredig is aan die absolute temperatuur. As die absolute temperatuur van 'n gas toeneem, neem die volume ook toe; omgekeerd, as die absolute temperatuur van 'n gas afneem, neem die volume ook af. Hierdie verhouding staan bekend as Charles se wet. Wiskundig word dit soos volg geskryf:
Volume ∝ Temperatuur → Konstante druk
V ∝ T → P konstante
Charles se wet kan ook so geskryf word:
Die betekenis van vergelyking 1 is dat teen konstante druk (P), as die absolute temperatuur (T) van die gas verander, die volume (V) van die gas ook verander sodat die vergelykingsresultaat tussen absolute temperatuur en volume altyd konstant is. As die absolute temperatuur van die gas toeneem, neem die volume van die gas ook toe, of andersom, as die absolute temperatuur van die gas afneem, neem die volume van die gas ook af, sodat die resultaat van die vergelyking tussen temperatuur en volume altyd konstant is. Wat bedoel word met die absolute temperatuur van 'n gas, is die temperatuur van die gas uitgedruk op die Kelvin-skaal. As die temperatuur steeds op die Celsius-skaal is, skakel dit eers om na die Kelvin-skaal.
Gay-Lussac se Wet
Joseph Gay-Lussac (1778–1850) het 'n eksperiment uitgevoer en ontdek dat as die volume van 'n gas konstant gehou word, die absolute temperatuur van die gas ook toeneem soos die gasdruk toeneem. Omgekeerd, soos die gasdruk afneem, neem die absolute temperatuur van die gas ook af. By konstante volume is die gasdruk direk eweredig aan die absolute temperatuur van die gas. Hierdie verhouding word Gay-Lussac se Wet genoem. Wiskundig:
Druk ∝ Temperatuur → Konstante volume
P ∝ T → V konstante
Gay-Lussac se wet kan ook so geskryf word:
Die betekenis van vergelyking 1 is dat by konstante volume (V), as die druk (P) van die gas verander, die absolute temperatuur (T) van die gas ook verander sodat die vergelykingsresultaat tussen druk en absolute temperatuur konstant is. Met ander woorde, as die gasdruk toeneem, neem die absolute temperatuur van die gas ook toe, of omgekeerd, as die gasdruk afneem, neem die absolute temperatuur van die gas ook af, sodat die vergelyking tussen druk en temperatuur altyd konstant is.
Wat met die absolute temperatuur van 'n gas bedoel word, is die temperatuur van die gas uitgedruk op die Kelvin-skaal. Indien die temperatuur steeds op die Celsius-skaal is, skakel dit eers om na die Kelvin-skaal.
Dit is belangrik om daarop te let dat Boyle se wet, Charles se wet en Gay-Lussac se wet akkurate resultate lewer indien die gasdruk en -digtheid nie te hoog is nie. Verder geld hierdie drie wette slegs vir gasse waarvan die temperature nie naby hul kookpunt is nie.
Gebaseer op hierdie feit, kan die gevolgtrekking gemaak word dat Boyle se wet, Charles se wet en Gay-Lussac se wet nie op alle gastoestande toegepas kan word nie. Omdat hulle nie op alle werklike gastoestande toegepas kan word nie, benodig ons die konsep van 'n ideale gas, of 'n perfekte gas. Hierdie ideale gas bestaan nie in die alledaagse lewe nie. 'n Ideale gas is slegs 'n ideale model, soortgelyk aan die konsepte van 'n starre liggaam en 'n ideale vloeistof. Daarom neem ons aan dat die drie gaswette hierbo onder alle ideale gastoestande van toepassing is.
By die oplos van gaswetprobleme moet temperatuur op die Kelvin-skaal uitgedruk word. Indien die gasdruk steeds 'n meetdruk is, skakel dit eers om na absolute druk. Absolute druk = atmosferiese druk + barometriese drukr.
