Boyles lov, Charles' lov og G. Lussacs lov

Boyles lov, Charles' lov og G. Lussacs lov

Boyles lov

Robert Boyle (1627-1691) udførte eksperimenter for at undersøge den kvantitative sammenhæng mellem gastryk og volumen. Dette eksperiment involverede at placere en vis mængde gas i en lukket beholder. Med en rimelig god tilnærmelse opdagede han, at hvis gastemperaturen holdes konstant, så falder gasvolumenet, når gastrykket stiger. Ligeledes, når gastrykket falder, stiger gasvolumenet. Gastrykket er omvendt proportionalt med gasvolumenet. Dette forhold er kendt som Boyles lovMatematisk set:

Boyles lov kan også skrives som:

PV = konstant → ligning 1

P₁ V₁ = P₂ V₂ → ligning 2

Betydningen af ​​ligning 1 er, at ved en konstant temperatur (T), hvis gassens tryk (P) ændres, ændres gassens volumen (V) også, således at produktet af tryk og volumen altid er konstant. Hvis gastrykket stiger, falder gasvolumenet, eller omvendt, hvis gastrykket falder, stiger gasvolumenet, således at produktet af tryk og volumen altid er konstant.

En graf, der viser forholdet mellem volumen og tryk, ser ud som den nedenfor. Baseret på sine eksperimenter opdagede Robert Boyle, at gasvolumen ændrer sig uregelmæssigt, hvilket får linjen på grafen til at se buet ud. Trykket vist på grafen er absolut tryk, ikke overtryk.

Charles' lov

Hundrede år efter at Robert Boyle opdagede forholdet mellem volumen og tryk, undersøgte den franske videnskabsmand Jacques Charles (1746-1823) forholdet mellem temperatur og gasvolumen. Baseret på sine eksperimenter opdagede han, at hvis gastrykket forbliver konstant, så øges volumenet også, når temperaturen af ​​gassen stiger. Omvendt, når temperaturen af ​​gassen falder, falder volumenet også.

Ændringer i gasvolumen på grund af temperaturændringer forekommer regelmæssigt, så linjen på denne graf ser lige ud. Hvis linjen på grafen blev tegnet ved lavere temperaturer, ville den skære aksen ved cirka -273°C. ^oC.

Baseret på mange udførte eksperimenter blev det konstateret, at selvom størrelsen af ​​volumenændringen for hver gas er forskellig, skærer linjen på V-T-grafen altid aksen ved omkring -273°C, når den tegnes ved en lavere temperatur. ^oC. Vi kan sige, at hvis gassen afkøles til -273 ^oC, så er gasvolumenet = 0. Hvis gassen afkøles igen, indtil temperaturen er under -273 ^oC så vil gassens volumen være negativ, noget der er umuligt.

Så -273 ^oC er den laveste temperatur, der kan nås. Fordi linjen skærer aksen omkring -273 ^oC, blev det derefter efter gensidig aftale bestemt, at den laveste temperatur, der kunne opnås, var -273,15 ^oC. ‐273,15 ^oC kaldes det absolutte nulpunkt og bruges som reference for den absolutte skala, også kendt som Kelvin-skalaen. Kelvin er opkaldt efter Lord Kelvin (1824-1907), en britisk fysiker. På denne skala udtrykkes temperaturen i Kelvin (K), ikke grader Kelvin (^oK). Afstanden mellem grader er den samme som på Celsius-skalaen. 0 K = -273,15 ^oC og 273,15 K = 0 ^oC.

Temperatur i Celsius-skalaen kan omregnes til Kelvin-skalaen ved at lægge 273,15 til, temperatur i Kelvin-skalaen kan omregnes til Celsius-skalaen ved at trække 273,15 fra. Matematisk:

T(K) = T(^oC) + 273,15

T (^oC) = T(K) ‐ 273,15

Information :

T = Temperatur

K = Kelvin

C = Celsius

Hvis temperaturen udtrykkes i Kelvin-skalaen, vil grafen ovenfor se ud som billedet nedenfor.

Baseret på denne graf kan det konkluderes, at gasvolumenet ved konstant tryk altid er direkte proportionalt med den absolutte temperatur. Hvis en gas' absolutte temperatur stiger, stiger volumenet også; omvendt, hvis en gas' absolutte temperatur falder, falder volumenet også. Denne sammenhæng er kendt som Charles' lov. Matematisk set er den skrevet som følger:

Volumen ∝ Temperatur → Konstant tryk

V ∝ T → P konstant

Charles' lov kan også skrives således:

Betydningen af ​​ligning 1 er, at ved konstant tryk (P), hvis gassens absolutte temperatur (T) ændres, ændres gassens volumen (V) også, så sammenligningsresultatet mellem absolut temperatur og volumen altid er konstant. Hvis gassens absolutte temperatur stiger, øges gassens volumen også, eller omvendt, hvis gassens absolutte temperatur falder, falder gassens volumen også, så sammenligningen mellem temperatur og volumen altid er konstant. Med en gass absolutte temperatur menes gassens temperatur udtrykt på Kelvin-skalaen. Hvis temperaturen stadig er på Celsius-skalaen, skal den først omregnes til Kelvin-skalaen.

Gay-Lussacs lov

Joseph Gay-Lussac (1778-1850) udførte et eksperiment og opdagede, at hvis en gass volumen holdes konstant, stiger gassens absolutte temperatur også, når gastrykket stiger. Omvendt falder gassens absolutte temperatur også, når gastrykket falder. Ved konstant volumen er gastrykket direkte proportionalt med gassens absolutte temperatur. Dette forhold kaldes Gay-Lussacs lov. Matematisk:

Tryk ∝ Temperatur → Konstant volumen

P ∝ T → V konstant

Gay-Lussacs lov kan også skrives således:

Betydningen af ​​ligning 1 er, at ved konstant volumen (V), hvis gassens tryk (P) ændres, ændres gassens absolutte temperatur (T) også, så sammenligningsresultatet mellem tryk og absolut temperatur er konstant. Med andre ord, hvis gastrykket stiger, stiger gassens absolutte temperatur også, eller omvendt, hvis gastrykket falder, falder gassens absolutte temperatur også, så sammenligningen mellem tryk og temperatur altid er konstant.

Med en gass absolutte temperatur menes gassens temperatur udtrykt på Kelvin-skalaen. Hvis temperaturen stadig er på Celsius-skalaen, skal den først omregnes til Kelvin-skalaen.

Det er vigtigt at bemærke, at Boyles lov, Charles' lov og Gay-Lussacs lov giver nøjagtige resultater, hvis gastrykket og densiteten ikke er for høje. Desuden gælder disse tre love kun for gasser, hvis temperaturer ikke er tæt på deres kogepunkt.

Baseret på denne kendsgerning kan det konkluderes, at Boyles lov, Charles' lov og Gay-Lussacs lov ikke kan anvendes på alle gasforhold. Fordi de ikke kan anvendes på alle reelle gasforhold, har vi brug for begrebet en idealgas eller en perfekt gas. Denne ideelle gas findes ikke i hverdagen. En idealgas er kun en idealmodel, svarende til begreberne et stift legeme og en ideel væske. Derfor antager vi, at de tre ovenstående gaslove gælder under alle ideelle gasforhold.

Ved løsning af gaslovproblemer skal temperaturen udtrykkes på Kelvin-skalaen. Hvis gastrykket stadig er et måletryk, skal det først omregnes til absolut tryk. Absolut tryk = atmosfærisk tryk + barometertrykr.