De wet fan Boyle, de wet fan Charles en de wet fan G. Lussac
De wet fan Boyle
Robert Boyle (1627–1691) fierde eksperiminten út om de kwantitative relaasje tusken gasdruk en folume te ûndersykjen. Dit eksperimint omfette it pleatsen fan in bepaalde hoemannichte gas yn in sletten kontener. Mei in frij goede benadering ûntduts hy dat as de temperatuer fan it gas konstant hâlden wurdt, dan nimt it gasfolume ôf as de gasdruk tanimt. Likegoed nimt it gasfolume ta as de gasdruk ôfnimt. De gasdruk is omgekeerd evenredich mei it gasfolume. Dizze relaasje is bekend as De wet fan BoyleWiskundich:
De wet fan Boyle kin ek skreaun wurde as:
PV = konstante → fergeliking 1
P1 V1 =P2 V2 → fergeliking 2
De betsjutting fan fergeliking 1 is dat by in konstante temperatuer (T), as de druk (P) fan it gas feroaret, it folume (V) fan it gas ek feroaret, sadat it produkt fan druk en folume altyd konstant is. As de gasdruk tanimt, nimt it gasfolume ôf of oarsom, as de gasdruk ôfnimt, nimt it gasfolume ta, sadat it produkt fan druk en folume altyd konstant is.
In grafyk dy't de relaasje tusken folume en druk sjen lit, sjocht derút as de ûndersteande. Op basis fan syn eksperiminten ûntduts Robert Boyle dat it gasfolume ûnregelmjittich feroaret, wêrtroch't de line op 'e grafyk in kromme útsjocht. De druk dy't op 'e grafyk werjûn wurdt, is absolute druk, net mjitdruk.
De wet fan Karel
Hûndert jier nei't Robert Boyle de relaasje tusken folume en druk ûntduts, ûndersocht de Frânske wittenskipper Jacques Charles (1746–1823) de relaasje tusken temperatuer en gasfolume. Op basis fan syn eksperiminten ûntduts hy dat as de gasdruk konstant bliuwt, dan nimt it folume ek ta as de temperatuer fan it gas tanimt. Omkeard, as de temperatuer fan it gas ôfnimt, nimt it folume ek ôf.
Feroarings yn gasvolume troch temperatuerferoarings komme geregeld foar, sadat de line op dizze grafyk rjocht liket. As de line op 'e grafyk by legere temperatueren tekene waard, soe it de as snije by sawat -273 °C. oC.
Op basis fan in protte eksperiminten dy't útfierd binne, waard fûn dat hoewol de grutte fan 'e feroaring yn folume foar elk gas oars is, as de line op 'e V-T-grafyk by in legere temperatuer tekene wurdt, de line altyd de as snijt by sawat -273. oC. Wy kinne sizze dat as it gas ôfkuolle wurdt nei -273 oC dan is it gasfolume = 0. As it gas wer ôfkuolle wurdt oant de temperatuer ûnder -273 is oC dan sil it folume fan it gas negatyf wêze, eat dat ûnmooglik is.
Dus -273 oC is de leechste temperatuer dy't berikt wurde kin. Omdat de line de as snijt by sawat -273 oC doe neffens ûnderlinge oerienkomst waard bepaald dat de leechste temperatuer dy't berikt wurde koe -273,15 wie oC. ‐273,15 oC wurdt de absolute nultemperatuer neamd en wurdt brûkt as referinsje foar de absolute skaal, ek wol bekend as de Kelvin-skaal. Kelvin is neamd nei Lord Kelvin (1824–1907), in Britske natuerkundige. Op dizze skaal wurdt temperatuer útdrukt yn Kelvin (K), net yn graden Kelvin (oK). De ôfstân tusken graden is itselde as op 'e skaal fan Celsius. 0 K = -273,15 oC en 273,15 K = 0 oC.
Temperatuer op in skaal fan Celsius kin omset wurde nei in skaal fan Kelvin troch 273,15 derby op te tellen, temperatuer op in skaal fan Kelvin kin omset wurde nei in skaal fan Celsius troch 273,15 derfan ôf te lûken. Wiskundich:
T(K) = T(oC) + 273,15
T (oC) = T(K) ‐ 273,15
Ynformaasje:
T = Temperatuer
K = Kelvin
C = Celsius
As de temperatuer útdrukt wurdt yn Kelvin-skaal, dan sil de grafyk hjirboppe der útsjen as de ôfbylding hjirûnder.
Op basis fan dizze grafyk kin konkludearre wurde dat by konstante druk it gasfolume altyd direkt evenredich is mei de absolute temperatuer. As de absolute temperatuer fan in gas tanimt, nimt it folume ek ta; oarsom, as de absolute temperatuer fan in gas ôfnimt, nimt it folume ek ôf. Dizze relaasje stiet bekend as de wet fan Charles. Wiskundich wurdt it as folget skreaun:
Folume ∝ Temperatuer → Konstante druk
V ∝ T → P konstante
De wet fan Charles kin ek sa skreaun wurde:
De betsjutting fan fergeliking 1 is dat by konstante druk (P), as de absolute temperatuer (T) fan it gas feroaret, it folume (V) fan it gas ek feroaret, sadat it fergelikingsresultaat tusken absolute temperatuer en folume altyd konstant is. As de absolute temperatuer fan it gas tanimt, nimt it folume fan it gas ek ta, of oarsom, as de absolute temperatuer fan it gas ôfnimt, nimt it folume fan it gas ek ôf, sadat it resultaat fan 'e fergeliking tusken temperatuer en folume altyd konstant is. Wat bedoeld wurdt mei de absolute temperatuer fan in gas is de temperatuer fan it gas útdrukt op 'e Kelvin-skaal. As de temperatuer noch op 'e Celsius-skaal is, konvertearje it dan earst nei de Kelvin-skaal.
De wet fan Gay-Lussac
Joseph Gay-Lussac (1778–1850) fierde in eksperimint út en ûntduts dat as it folume fan in gas konstant hâlden wurdt, as de gasdruk tanimt, de absolute temperatuer fan it gas ek tanimt. Omkeard, as de gasdruk ôfnimt, nimt de absolute temperatuer fan it gas ek ôf. By konstant folume is de gasdruk direkt evenredich mei de absolute temperatuer fan it gas. Dizze relaasje wurdt de wet fan Gay-Lussac neamd. Wiskundich:
Druk ∝ Temperatuer → Konstant folume
P ∝ T → V konstante
De wet fan Gay-Lussac kin ek sa skreaun wurde:
De betsjutting fan fergeliking 1 is dat by konstant folume (V), as de druk (P) fan it gas feroaret, de absolute temperatuer (T) fan it gas ek feroaret, sadat it fergelikingsresultaat tusken druk en absolute temperatuer konstant is. Mei oare wurden, as de gasdruk tanimt, nimt de absolute temperatuer fan it gas ek ta, of oarsom, as de gasdruk ôfnimt, nimt de absolute temperatuer fan it gas ek ôf, sadat de fergeliking tusken druk en temperatuer altyd konstant is.
Wat bedoeld wurdt mei de absolute temperatuer fan in gas is de temperatuer fan it gas útdrukt op 'e Kelvin-skaal. As de temperatuer noch op 'e Celsius-skaal leit, dan moat dy earst omrekkene wurde nei de Kelvin-skaal.
It is wichtich om te notearjen dat de wet fan Boyle, de wet fan Charles en de wet fan Gay-Lussac krekte resultaten jouwe as de gasdruk en tichtens net te heech binne. Fierder jilde dizze trije wetten allinich foar gassen wêrfan de temperatuer net tichtby har siedpunt lizze.
Op basis fan dit feit kin konkludearre wurde dat de wet fan Boyle, de wet fan Charles en de wet fan Gay-Lussac net tapast wurde kinne op alle gasomstannichheden. Omdat se net tapast wurde kinne op alle echte gasomstannichheden, hawwe wy it konsept fan in ideaal gas, of in perfekt gas, nedich. Dit ideale gas bestiet net yn it deistich libben. In ideaal gas is allinich in ideaal model, fergelykber mei de konsepten fan in stiif lichem en in ideale floeistof. Dêrom nimme wy oan dat de trije gaswetten hjirboppe jilde ûnder alle ideale gasomstannichheden.
By it oplossen fan gaswetproblemen moat de temperatuer útdrukt wurde op 'e Kelvin-skaal. As de gasdruk noch in mjitdruk is, moat dy earst omset wurde nei absolute druk. Absolute druk = atmosfearyske druk + barometryske drukr.
