Закон на Бойл, закон на Чарлз, закон на Гей-Люсак
Законът на Бойл
Робърт Бойл (1627-1691) провежда експерименти, за да изследва количествената връзка между налягането на газа и обема. Този експеримент се осъществява чрез вкарване на определено количество газ в затворен съд. Докато не е намерил доста добър подход, той установява, че ако температурата на газа се поддържа постоянна, тогава, когато налягането на газа се увеличи, обемът на газа се намали. По същия начин, когато налягането на газа намалее, обемът на газа се увеличи. Налягането на газа е обратно пропорционално на обема на газа. Тази връзка е известна като закон на Бойл. Математически:
Законът на Бойл може да се запише и като:
PV = константа → уравнение 1
P1V1 = P2V2 → уравнение 2
Значението на уравнение 1 е, че при постоянна температура (T), ако налягането (P) на газа се промени, тогава обемът (V) на газа също се променя,
така че резултатите от умножението между налягане и обем са винаги постоянни. Ако налягането на газа се увеличи, обемът на газа намалява или обратното, ако налягането на газа намалее, обемът на газа се увеличава, следователно умножението между налягане и обем е винаги постоянно.
Графиката, която показва връзката между обем и налягане, изглежда както е показано на картинката по-долу. Въз основа на резултатите от експеримента, Робърт Бойл установява, че обемът на газа се променя неравномерно, така че линиите в графиката изглеждат извити. Налягането, изобразено на графиката, е абсолютно налягане.
Законът на Чарлз
Сто години след като Робърт Бойл открива връзката между обема и налягането, френски учен на име Жак Шарл (1746-1823) изследва връзката между температурата и обема на газа. Въз основа на резултатите от експеримента той установява, че когато налягането на газа е винаги постоянно, тогава, когато температурата на газа се повиши, обемът на газа също се увеличава. Обратно, когато температурата на газа се понижи, обемът на газа също намалява.
Промените в обема на газа, дължащи се на промени в температурата, се случват редовно, така че линиите на тази графика изглеждат прави. Ако линиите на графиката са изобразени, докато температурата не се понижи, тогава линията ще пресече оста около -273 ° C.
Въз основа на многобройни проведени експерименти е установено, че въпреки че величината на промяната в обема на всеки газ варира,
Когато линиите на VT диаграмата са начертани към по-ниска температура, линията винаги пресича оста около -273 ° C. Можем да кажем, че ако газът се охлади до -273 ° C, тогава обемът на газа = 0. Ако газът се охлади отново, докато температурата падне под -273 ° C, тогава обемът на газа ще бъде отрицателен, нещо, което е невъзможно.
И така -273 oC е най-ниската температура, която може да се постигне. Тъй като линията пресича оста около -273 oC съгласно споразумението е определено, че най-ниската температура, която може да се постигне, е -273.15 o°C -273.15 oC се нарича абсолютна нулева температура и се използва като абсолютна референтна скала, известна още като скалата на Келвин. Келвин е името на лорд Келвин (1824-1907), британски физик. В тази скала температурата се изразява в Келвини (K), а не в единици Келвин (oK) градуса. Разстоянието между градусите е същото като в скалата по Целзий. 0 K = -273.15 oC и 273.15 K = 0 oC.
Температурата по скалата на Целзий може да се преобразува в скала на Келвин чрез добавяне на 273.15, температурата по скалата на Келвин може да се преобразува в скала на Целзий чрез намаляване на 273.15. Математически:
Т(К) = Т( ° C) + 273.15
T ( ° C) = T (K) – 273.15
T = Температура
K = Келвин
C = Целзий
Ако температурата е изразена по скала на Келвин, диаграмата по-горе ще изглежда като на картинката по-долу.
Въз основа на тази графика може да се заключи, че при фиксирано налягане обемът на газа винаги е правопропорционален на абсолютната температура на газа. Ако абсолютната температура на газа се увеличи, обемът на газа също се увеличава, и обратно, ако абсолютната температура на газа намалее, обемът на газа също намалява. Тази зависимост е известна като закон на Шарл. Математически:
Обем α Температура → Постоянно налягане
V α T → P константа
Значението на уравнение 1 е, че при постоянно налягане (P), ако абсолютната температура (T) се промени, обемът (V) на газа също се променя, така че съотношението между абсолютната температура и обема е винаги постоянно. Ако абсолютната температура на газа се увеличи, обемът на газа също се увеличи или обратното, ако абсолютната температура на газа намалее,
Обемът на газа също намалява, така че съотношението между температура и обем е винаги постоянно. Абсолютната температура на газа е температурата на газа, която е посочена по скалата на Келвин. Ако температурата все още е по скалата на Целзий, тогава първо я променете на скалата на Келвин.
Законът на Гей-Люсак
Джоузеф Гей-Люсак (1778-1850) провежда експерименти и установява, че ако обемът на газа е постоянен, когато налягането на газа се увеличи, абсолютната му температура се увеличава. По същия начин, когато налягането на газа намалее, абсолютната му температура намалява. При постоянен обем налягането на газа е право пропорционално на абсолютната му температура. Тази зависимост се нарича закон на Гей-Люсак. Математически:
Налягане α Температура → Постоянен обем
P α T → V е константа
Значението на уравнение 1 е, че при постоянен обем (V), ако налягането (P) на газа се промени, абсолютната температура (T) на газа също се променя, така че съотношението между налягането и абсолютната температура е постоянно. С други думи, ако налягането на газа се увеличи, абсолютната температура на газа също се увеличи или обратното, ако налягането на газа намалее,
абсолютната температура на газа също намалява, така че съотношението между налягане и температура е винаги постоянно.
Абсолютната температура на газа е температурата на газа, която е посочена по скалата на Келвин. Ако температурата все още е по скалата на Целзий, първо я променете на скалата на Келвин.
Моля, обърнете внимание, че законът на Бойл, законът на Шарл и законът на Гей-Люсак дават точни резултати, когато налягането и плътността на газа не са твърде значителни. Освен това, трите закона важат само за газ, чиято температура не е близо до точката на кипене.
Въз основа на този факт може да се заключи, че законът на Бойл, законът на Шарл и законът на Гей-Люсак не могат да бъдат приложени към всички газови условия. Тъй като не може да се отнася до всички реални газови условия, се нуждаем от концепцията за идеален газ. Този идеален газ не съществува в ежедневието. Идеалният газ е просто идеален модел, подобен на концепцията за идеален твърд и флуиден газ. Така че приемаме, че трите газови закона по-горе важат за всички идеални газови условия.
При решаване на задачи за газови закони, температурата трябва да се посочи по скала на Келвин. Ако налягането на газа все още е под формата на измервателно налягане, първо го променете на абсолютно налягане. Абсолютно налягане = атмосферно налягане + измервателно налягане
