Boyle-ren legea, Charles-en legea eta G. Lussac-en legea
Boyle-ren legea
Robert Boyle (1627–1691) gas-presioaren eta bolumenaren arteko erlazio kuantitatiboa ikertzeko esperimentuak egin zituen. Esperimentu honetan gas kantitate jakin bat ontzi itxi batean jartzean oinarritu zen. Nahiko hurbilketa on batekin, aurkitu zuen gasaren tenperatura konstante mantentzen bada, gasaren presioa handitzen den heinean, gasaren bolumena gutxitzen dela. Era berean, gasaren presioa gutxitzen denean, gasaren bolumena handitzen da. Gasaren presioa alderantziz proportzionala da gas-bolumenarekiko. Erlazio horri honela ezagutzen zaio: Boyle-ren legeaMatematikoki:
Boyle-ren legea honela ere idatz daiteke:
PV = konstantea → 1. ekuazioa
P1 V1 = P2 V2 → 2. ekuazioa
1. ekuazioaren esanahia hauxe da: tenperatura konstantean (T), gasaren presioa (P) aldatzen bada, gasaren bolumena (V) ere aldatzen da, presioaren eta bolumenaren biderkadura beti konstantea izan dadin. Gasaren presioa handitzen bada, gasaren bolumena gutxitzen da edo alderantziz, gasaren presioa gutxitzen bada, gasaren bolumena handitzen da, presioaren eta bolumenaren biderkadura beti konstantea izan dadin.
Bolumenaren eta presioaren arteko erlazioa erakusten duen grafiko batek behekoaren antzekoa du. Bere esperimentuetan oinarrituta, Robert Boylek aurkitu zuen gasaren bolumena irregularrean aldatzen dela, eta horrek grafikoko lerroa kurbatua agertzea eragiten duela. Grafikoan agertzen den presioa presio absolutua da, ez presio neurgailua.
Charlesen Legea
Robert Boylek bolumenaren eta presioaren arteko erlazioa aurkitu eta ehun urtera, Jacques Charles zientzialari frantziarrak (1746–1823) tenperaturaren eta gasaren bolumenaren arteko erlazioa ikertu zuen. Bere esperimentuetan oinarrituta, aurkitu zuen gasaren presioa konstante mantentzen bada, gasaren tenperatura handitzen den heinean, bolumena ere handitzen dela. Alderantziz, gasaren tenperatura jaisten den heinean, bolumena ere txikitzen da.
Tenperatura aldaketen ondorioz gas-bolumenaren aldaketak aldizka gertatzen dira, beraz, grafiko honetako lerroa zuzena dirudi. Grafikoko lerroa tenperatura baxuagoetan marraztuko balitz, ardatza gutxi gorabehera -273 °C-tan gurutzatuko luke. oC.
Egindako esperimentu askotan oinarrituta, ikusi da gas bakoitzaren bolumen-aldaketaren magnitudea desberdina den arren, V-T grafikoko lerroa tenperatura baxuagoan marrazten denean, lerroak beti ardatza -273 inguruan ebakitzen duela. oC. Esan dezakegu gasa -273 gradura hozten bada oC-tan, gasaren bolumena = 0 da. Gasa berriro hozten bada tenperatura -273 azpitik egon arte oC bada, gasaren bolumena negatiboa izango da, eta hori ezinezkoa da.
Beraz, ‐273 oC da lor daitekeen tenperatura baxuena. Lerroak ardatza -273 inguruan ebakitzen duelako oC-tan, elkarren arteko adostasunaren arabera, lor zitekeen tenperatura baxuena -273,15 zela zehaztu zen. oC.-273,15 oC-ri zero absolutua deitzen zaio eta eskala absoluturako erreferentzia gisa erabiltzen da, Kelvin eskala bezala ere ezagutzen dena. Kelvin izena Lord Kelvin (1824–1907) fisikari britainiarraren omenez hartu du. Eskala honetan, tenperatura Kelvin-etan (K) adierazten da, ez Kelvin gradutan (oK). Graduen arteko distantzia Celsius eskalan bezalakoa da. 0 K = ‐273,15 oC eta 273,15 K = 0 oC.
Celsius eskalako tenperatura Kelvin eskalara bihur daiteke 273,15 gehituz, Kelvin eskalako tenperatura Celsius eskalara bihur daiteke 273,15 kenduz. Matematikoki:
T(K) = T (oC) + 273,15
T (oC) = T (K) ‐ 273,15
Informazioa:
T = Tenperatura
K = Kelvin
C = Celsius
Tenperatura Kelvin eskalan adierazten bada, goiko grafikoak beheko irudiaren antzeko itxura izango du.
Grafiko honetan oinarrituta, ondoriozta daiteke presio konstantean, gasaren bolumena beti dela zuzenean proportzionala tenperatura absolutuarekiko. Gas baten tenperatura absolutua handitzen bada, bolumena ere handitzen da; alderantziz, gas baten tenperatura absolutua jaisten bada, bolumena ere txikitzen da. Erlazio horri Charlesen legea deitzen zaio. Matematikoki, honela idazten da:
Bolumena ∝ Tenperatura → Presio konstantea
V ∝ T → P konstantea
Charlesen legea honela ere idatz daiteke:
1. ekuazioaren esanahia hauxe da: presio konstantean (P), gasaren tenperatura absolutua (T) aldatzen bada, gasaren bolumena (V) ere aldatzen da, tenperatura absolutuaren eta bolumenaren arteko konparazio-emaitza beti konstantea izan dadin. Gasaren tenperatura absolutua handitzen bada, gasaren bolumena ere handitzen da, edo alderantziz, gasaren tenperatura absolutua jaisten bada, gasaren bolumena ere jaisten da, tenperaturaren eta bolumenaren arteko konparazioaren emaitza beti konstantea izan dadin. Gas baten tenperatura absolutuak Kelvin eskalan adierazitako gasaren tenperatura esan nahi du. Tenperatura oraindik Celsius eskalan badago, lehenik Kelvin eskalara bihurtu behar da.
Gay-Lussac-en legea
Joseph Gay-Lussacek (1778–1850) esperimentu bat egin zuen eta aurkitu zuen gas baten bolumena konstante mantentzen bada, gasaren presioa handitzen den heinean, gasaren tenperatura absolutua ere handitzen dela. Alderantziz, gasaren presioa gutxitzen den heinean, gasaren tenperatura absolutua ere gutxitzen da. Bolumen konstantean, gasaren presioa zuzenean proportzionala da gasaren tenperatura absolutuarekiko. Erlazio horri Gay-Lussacen Legea deritzo. Matematikoki:
Presioa ∝ Tenperatura → Bolumen konstantea
P ∝ T → V konstantea
Gay-Lussac-en legea honela ere idatz daiteke:
1. ekuazioaren esanahia hauxe da: bolumen konstantean (V), gasaren presioa (P) aldatzen bada, gasaren tenperatura absolutua (T) ere aldatzen da, presioaren eta tenperatura absolutuaren arteko konparazio-emaitza konstantea izan dadin. Beste era batera esanda, gasaren presioa handitzen bada, gasaren tenperatura absolutua ere handitzen da, edo alderantziz, gasaren presioa jaisten bada, gasaren tenperatura absolutua ere jaisten da, presioaren eta tenperaturaren arteko konparazioa beti konstantea izan dadin.
Gas baten tenperatura absolutua Kelvin eskalan adierazitako gasaren tenperatura da. Tenperatura oraindik Celsius eskalan badago, lehenik Kelvin eskalara bihurtu behar da.
Garrantzitsua da kontuan izatea Boyle-ren legeak, Charles-en legeak eta Gay-Lussac-en legeak emaitza zehatzak ematen dituztela gasaren presioa eta dentsitatea ez badira oso altuak. Gainera, hiru lege hauek irakite-puntura hurbil ez dauden tenperaturak dituzten gasei bakarrik aplikatzen zaizkie.
Gertakari honetan oinarrituta, ondoriozta daiteke Boyle-ren legea, Charles-en legea eta Gay-Lussac-en legea ezin direla gas-baldintza guztietan aplikatu. Benetako gas-baldintza guztietan aplikatu ezin direnez, gas ideal baten edo gas perfektu baten kontzeptua behar dugu. Gas ideal hau ez da eguneroko bizitzan existitzen. Gas ideal bat eredu ideal bat besterik ez da, gorputz zurrun baten eta fluido ideal baten kontzeptuen antzekoa. Beraz, suposatzen dugu goiko hiru gas-legeak gas-baldintza ideal guztietan aplikatzen direla.
Gasen legeen problemak ebazterakoan, tenperatura Kelvin eskalan adierazi behar da. Gasaren presioa oraindik neurketa-presioa bada, lehenik presio absolutura bihurtu. Presio absolutua = presio atmosferikoa + presio barometrikoar.
