የቦይልስ ህግ የቻርለስ ህግ የጌይ-ሉሳክስ ህግ

የቦይል ሕግ፣ የቻርለስ ሕግ፣ የጌይ-ሉሳክ ሕግ

የቦይል ህግ

ሮበርት ቦይል (1627-1691) በጋዝ ግፊት እና በመጠን መካከል ያለውን የቁጥር ግንኙነት ለመመርመር ሙከራዎችን አካሂዷል። ይህ ሙከራ የሚከናወነው የተወሰነ መጠን ያለው ጋዝ ወደ ዝግ ኮንቴይነር በማስገባት ነው። ጥሩ አቀራረብ እስኪሆን ድረስ የጋዝ ሙቀቱ ቋሚ ከሆነ የጋዝ ግፊቱ ሲጨምር የጋዝ መጠን እንደሚቀንስ አረጋግጧል። በተመሳሳይ፣ የጋዝ ግፊቱ ሲቀንስ የጋዝ መጠን ይጨምራል። የጋዝ ግፊት ከጋዝ መጠን ጋር በተገላቢጦሽ ተመጣጣኝ ነው። ይህ ግንኙነት የቦይል ህግ በመባል ይታወቃል። በሂሳብ፡

የቦይል ህግም ሊጻፍ ይችላል፡

PV = ቋሚ → እኩልታ 1

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂ → እኩልታ 2

የእኩልታ 1 ትርጉም በቋሚ የሙቀት መጠን (T) ላይ ነው የጋዝ ግፊት (P) ከተቀየረ የጋዝ መጠን (V) እንዲሁ ይለወጣል፣

ስለዚህ በግፊት እና በድምጽ መካከል ያለው የማባዛት ውጤት ሁልጊዜ ቋሚ ይሆናል። የጋዝ ግፊቱ ከጨመረ የጋዝ መጠን ይቀንሳል ወይም በተቃራኒው የጋዝ ግፊቱ ከቀነሰ የጋዝ መጠን ይጨምራል፣ ስለዚህ በግፊት እና በድምጽ መካከል ያለው ማባዛት ሁልጊዜ ቋሚ ነው።

በድምጽ እና በግፊት መካከል ያለውን ግንኙነት የሚገልጸው ግራፍ ከታች ባለው ሥዕል ላይ ይመስላል። በሙከራው ውጤት ላይ በመመስረት፣ ሮበርት ቦይል የጋዝ መጠን መደበኛ ባልሆነ መንገድ እንደሚለዋወጥ እና በግራፉ ውስጥ ያሉት መስመሮች የተጠማዘዙ ሆነው እንደሚታዩ አረጋግጧል። በግራፉ ላይ የሚታየው ግፊት ፍጹም ግፊት ነው።

የቻርልስ ህግ

ሮበርት ቦይል በመጠን እና በግፊት መካከል ያለውን ግንኙነት ካወቀ ከአንድ መቶ ዓመት በኋላ፣ ዣክ ቻርለስ (1746-1823) የተባለ አንድ የፈረንሳዊ ሳይንቲስት በሙቀት እና በጋዝ መጠን መካከል ያለውን ግንኙነት መርምሯል። በሙከራው ውጤት ላይ በመመስረት፣ የጋዝ ግፊቱ ሁልጊዜ ቋሚ ሲሆን፣ ከዚያም የጋዝ ሙቀት ሲጨምር የጋዝ መጠን ይጨምራል። በተቃራኒው፣ የጋዝ ሙቀት ሲቀንስ የጋዝ መጠንም ይቀንሳል።

በሙቀት ለውጥ ምክንያት የሚፈጠሩ የጋዝ መጠን ለውጦች በየጊዜው ይከሰታሉ፣ ስለዚህ በዚህ ግራፍ ላይ ያሉት መስመሮች ቀጥ ብለው ይታያሉ። በግራፉ ላይ ያሉት መስመሮች የሙቀት መጠኑ እስኪቀንስ ድረስ ከተሳሉ፣ መስመሩ ዘንግውን በ-273 ^o C አካባቢ ይቆርጣል።

በተደረጉ በርካታ ሙከራዎች ላይ በመመስረት፣ የእያንዳንዱ ጋዝ መጠን ለውጥ መጠን ቢለያይም፣

በVT ገበታ ላይ ያሉት መስመሮች ወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ሲሳቡ፣ መስመሩ ሁልጊዜ ዘንግ -273 ^o C አካባቢ ይቆርጣል። ጋዙ ወደ -273 ^{o C ከቀዘቀዘ የጋዝ መጠን = 0 ነው ማለት እንችላለን። ጋዙ የሙቀት መጠኑ ከ -273 o} C በታች እስኪሆን ድረስ እንደገና ከቀዘቀዘ የጋዝ መጠኑ አሉታዊ ይሆናል፣ ይህም የማይቻል ነገር ነው።

ሶ -273 ^oሐ ሊገኝ የሚችለው ዝቅተኛው የሙቀት መጠን ነው። መስመሩ ዘንግን በ-273 አካባቢ ስለሚያቋርጥ ነው። ^oበስምምነቱ መሠረት C፣ ሊደረስበት የሚችለው ዝቅተኛው የሙቀት መጠን -273.15 መሆኑን ይወስናል። ^oሐ. -273.15 ^oሲ ፍፁም ዜሮ የሙቀት መጠን ተብሎ የሚጠራ ሲሆን እንደ ፍፁም ሚዛን ማጣቀሻ ሆኖ ያገለግላል፣ ወይም የኬልቪን ሚዛን። ኬልቪን የሎርድ ኬልቪን (1824-1907) የብሪታንያ የፊዚክስ ሊቅ ስም ነው። በዚህ ሚዛን፣ የሙቀት መጠኑ የሚገለጸው በኬልቪን (ኬ) ሳይሆን በኬልቪን (ኬ) ነው።^oK) ዲግሪዎች። በዲግሪዎች መካከል ያለው ርቀት በሴንቲግሬድ ሚዛን ውስጥ ካለው ጋር ተመሳሳይ ነው። 0 K = -273.15 ^oሲ እና 273.15 ኪ = 0 ^oC.

በሴልሺየስ ሚዛን ላይ ያለው የሙቀት መጠን 273.15 በመጨመር ወደ ኬልቪን ሚዛን ሊቀየር ይችላል፣ በኬልቪን ሚዛን ላይ ያለው የሙቀት መጠን 273.15 በመቀነስ ወደ ሴልሺየስ ሚዛን ሊቀየር ይችላል። በሂሳብ፡

ቲ (ኬ) = ቲ ( ^ኦ ሲ) + 273.15

ቲ ( ^ኦ ሲ) = ቲ (ኬ) – 273.15

T = የሙቀት መጠን

ኬ = ኬልቪን

ሐ = ሴልሺየስ

የሙቀት መጠኑ በኬልቪን ሚዛን ላይ የሚገለጽ ከሆነ፣ ከላይ ያለው ገበታ ከታች ካለው ምስል ጋር ይመሳሰላል።

በዚህ ግራፍ ላይ በመመስረት፣ በተወሰነ ግፊት፣ የጋዝ መጠን ሁልጊዜ ከጋዙ ፍጹም የሙቀት መጠን ጋር በቀጥታ ተመጣጣኝ ነው ብሎ መደምደም ይቻላል። የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን ቢጨምር፣ የጋዝ መጠንም ይጨምራል፣ በተቃራኒው፣ የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን ቢቀንስ የጋዝ መጠንም ይቀንሳል። ይህ ግንኙነት የቻርለስ ህግ በመባል ይታወቃል። በሂሳብ፡

የድምጽ መጠን α የሙቀት መጠን → የማያቋርጥ ግፊት

V α T → P ቋሚ

የእኩልታ 1 ትርጉም በቋሚ ግፊት (P) ላይ ነው፣ ፍፁም የሙቀት መጠን (T) ከተቀየረ የጋዝ መጠን (V) እንዲሁ ይለወጣል ስለዚህም ፍፁም የሙቀት መጠን እና መጠን መካከል ያለው ጥምርታ ሁልጊዜ ቋሚ ይሆናል። የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን ከጨመረ የጋዝ መጠንም ይጨምራል ወይም በተቃራኒው የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን ከቀነሰ፣

የጋዝ መጠንም እንዲሁ ይቀንሳል፣ ስለዚህ በሙቀት እና በመጠን መካከል ያለው ጥምርታ ሁልጊዜ ቋሚ ነው። የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን በኬልቪን ሚዛን ላይ የተገለጸው የጋዝ ሙቀት ነው። የሙቀት መጠኑ አሁንም በሴልሺየስ ሚዛን ውስጥ ከሆነ መጀመሪያ ወደ ኬልቪን ሚዛን ይቀይሩት።

የጌይ-ሉሳክ ህግ

ጆሴፍ ጌይ-ሉሳክ (1778-1850) ሙከራ አድርገው የጋዝ መጠኑ ቋሚ ከሆነ የጋዝ ግፊቱ ሲጨምር የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን እንደሚጨምር አረጋግጠዋል። በተመሳሳይ፣ የጋዝ ግፊቱ ሲቀንስ የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን ይቀንሳል። በቋሚ መጠን፣ የጋዝ ግፊቱ በቀጥታ ከጋዙ ፍፁም የሙቀት መጠን ጋር ተመጣጣኝ ነው። ይህ ግንኙነት የጌይ-ሉሳክ ህግ ይባላል። በሂሳብ፡

ግፊት α የሙቀት መጠን → ቋሚ መጠን

P α T → V ቋሚ ነው

የእኩልታ 1 ትርጉም በቋሚ መጠን (V) የጋዝ ግፊት (P) ከተቀየረ የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን (T) እንዲሁ ስለሚቀየር በግፊቱ እና ፍፁም የሙቀት መጠን መካከል ያለው ጥምርታ ቋሚ ይሆናል። በሌላ አነጋገር የጋዝ ግፊቱ ከጨመረ የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠንም ይጨምራል ወይም በተቃራኒው የጋዝ ግፊቱ ከቀነሰ፣

የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠንም እንዲሁ ይቀንሳል፣ ስለዚህ በግፊት እና በሙቀት መካከል ያለው ጥምርታ ሁልጊዜ ቋሚ ነው።

የጋዝ ፍፁም የሙቀት መጠን በኬልቪን ሚዛን ላይ የተገለጸው የጋዝ ሙቀት ነው። የሙቀት መጠኑ አሁንም በሴልሺየስ ሚዛን ውስጥ ከሆነ መጀመሪያ ወደ ኬልቪን ሚዛን ይቀይሩት።

የቦይል ህግ፣ የቻርለስ ህግ እና የጌይ-ሉሳክ ህግ የጋዝ ግፊቱ እና ጥግግቱ ብዙም ጉልህ በማይሆንበት ጊዜ ትክክለኛ ውጤቶችን እንደሚሰጡ እባክዎ ልብ ይበሉ። በተጨማሪም፣ ሦስቱ ህጎች የሚተገበሩት የሙቀት መጠኑ ከሚፈላበት ቦታ አጠገብ ላልሆነው ጋዝ ብቻ ነው።

በዚህ እውነታ ላይ በመመስረት፣ የቦይል ህግ፣ የቻርለስ ህግ እና የጌይ-ሉሳክ ህግ በሁሉም የጋዝ ሁኔታዎች ላይ ሊተገበሩ እንደማይችሉ መደምደም ይቻላል። ሁሉንም እውነተኛ የጋዝ ሁኔታዎች ሊያመለክት ስለማይችል፣ ተስማሚ የጋዝ ፅንሰ-ሀሳብ ያስፈልገናል። ይህ ተስማሚ ጋዝ በዕለት ተዕለት ሕይወት ውስጥ የለም። ተስማሚ ጋዝ ልክ እንደ ተስማሚ ጠንካራ እና ፈሳሽ ፅንሰ-ሀሳብ ተስማሚ ሞዴል ብቻ ነው። ስለዚህ፣ ከላይ የተጠቀሱት ሶስት የጋዝ ህጎች በሁሉም ተስማሚ የጋዝ ሁኔታዎች ላይ ተፈጻሚ ይሆናሉ ብለን እንገምታለን።

የጋዝ ህግ ችግሮችን ለመፍታት የሙቀት መጠኑ በኬልቪን ሚዛን ላይ መገለጽ አለበት። የጋዝ ግፊቱ አሁንም የግፊት መለኪያ መልክ ከሆነ፣ መጀመሪያ ወደ ፍፁም ግፊት ይቀይሩት። ፍፁም ግፊት = የከባቢ አየር ግፊት + የመለኪያ ግፊት