Članak Boyleov zakon, Charlesov zakon, Gay-Lussacov zakon
Boyleov zakon
Robert Boyle (1627.-1691.) provodio je eksperimente kako bi istražio kvantitativni odnos između tlaka plina i volumena. Ovaj eksperiment provodi se umetanjem određene količine plina u zatvorenu posudu. Do prilično dobrog pristupa, otkrio je da ako se temperatura plina održava konstantnom, tada se kada se tlak plina poveća, volumen plina smanji. Slično tome, kada se tlak plina smanji, volumen plina se poveća. Tlak plina je obrnuto proporcionalan volumenu plina. Ovaj odnos poznat je kao Boyleov zakon. Matematički:
Boyleov zakon se također može napisati kao:
PV = konstanta → jednadžba 1
P1V1 = P2V2 → jednadžba 2
Značenje jednadžbe 1 je da pri konstantnoj temperaturi (T) ako se tlak (P) plina mijenja, tada se mijenja i volumen (V) plina,
tako da su rezultati množenja tlaka i volumena uvijek konstantni. Ako se tlak plina povećava, volumen plina se smanjuje ili obrnuto, ako se tlak plina smanjuje, volumen plina se povećava, pa je množenje tlaka i volumena uvijek konstantno.
Grafikon koji prikazuje odnos između volumena i tlaka izgleda kao na slici ispod. Na temelju rezultata eksperimenta, Robert Boyle je otkrio da se volumen plina nepravilno mijenja tako da linije na grafu izgledaju zakrivljeno. Tlak prikazan na grafu je apsolutni tlak.
Charlesov zakon
Sto godina nakon što je Robert Boyle otkrio odnos između volumena i tlaka, francuski znanstvenik Jacques Charles (1746.-1823.) istraživao je odnos između temperature i volumena plina. Na temelju rezultata eksperimenta otkrio je da kada je tlak plina uvijek konstantan, tada se s porastom temperature plina povećava i volumen plina. Suprotno tome, kada se temperatura plina smanjuje, smanjuje se i volumen plina.
Promjene volumena plina zbog promjena temperature događaju se redovito tako da linije na ovom grafu izgledaju ravne. Ako se linije na grafu prikazuju sve dok temperatura ne bude niža, tada će linija presijecati os oko -273 ° C.
Na temelju mnogih provedenih eksperimenata utvrđeno je da iako se veličina promjene volumena svakog plina razlikuje,
Kada su linije na VT dijagramu nacrtane prema nižoj temperaturi, linija uvijek siječe os oko -273 ° C. Možemo reći da ako se plin ohladi na -273 ° C, tada je volumen plina = 0. Ako se plin ponovno ohladi dok temperatura ne padne ispod -273 ° C, tada će volumen plina biti negativan, što je nemoguće.
Dakle -273 oC je najniža temperatura koja se može postići. Budući da linija siječe os oko -273 oC prema dogovoru, određeno je da je najniža temperatura koja se može postići -273.15 oC. -273.15 oC se naziva apsolutna nula temperature i koristi se kao apsolutna referenca na skali, poznata i kao Kelvinova skala. Kelvin je ime Lorda Kelvina (1824.-1907.), britanskog fizičara. Na ovoj skali temperatura se izražava u Kelvinima (K), a ne u Kelvinima (oK) stupnjeva. Udaljenost između stupnjeva je ista kao i u Celzijevoj ljestvici. 0 K = -273.15 oC i 273.15 K = 0 oC.
Temperatura na Celzijusovoj ljestvici može se pretvoriti u Kelvinovu ljestvicu dodavanjem 273.15, temperatura na Kelvinovoj ljestvici može se pretvoriti u Celzijusovu ljestvicu smanjenjem 273.15. Matematički:
T(K) = T( ° C) + 273.15
T ( ° C) = T(K) – 273.15
T = Temperatura
K = Kelvin
C = Celzijus
Ako se temperatura izrazi na Kelvinovoj skali, gornji grafikon će izgledati kao na slici ispod.
Na temelju ovog grafa može se zaključiti da je pri fiksnom tlaku volumen plina uvijek izravno proporcionalan apsolutnoj temperaturi plina. Ako se apsolutna temperatura plina povećava, volumen plina se također povećava, naprotiv, ako se apsolutna temperatura plina smanjuje, volumen plina se također smanjuje. Ovaj odnos poznat je kao Charlesov zakon. Matematički:
Volumen α Temperatura → Konstantni tlak
V α T → P konstanta
Značenje jednadžbe 1 je da pri konstantnom tlaku (P) ako se mijenja apsolutna temperatura (T), tada se mijenja i volumen (V) plina tako da je omjer između apsolutne temperature i volumena uvijek konstantan. Ako se apsolutna temperatura plina povećava, povećava se i volumen plina ili obrnuto, ako se apsolutna temperatura plina smanjuje,
Volumen plina se također smanjuje, pa je omjer između temperature i volumena uvijek konstantan. Apsolutna temperatura plina je temperatura plina, koja je navedena na Kelvinovoj ljestvici. Ako je temperatura još uvijek u Celzijusovoj ljestvici, prvo je promijenite u Kelvinovu ljestvicu.
Gay-Lussacov zakon
Joseph Gay-Lussac (1778.-1850.) eksperimentirao je i otkrio da ako je volumen plina konstantan, kada se tlak plina poveća, apsolutna temperatura plina se povećava. Slično tome, kada se tlak plina smanji, apsolutna temperatura plina se smanjuje. Pri konstantnom volumenu, tlak plina je izravno proporcionalan apsolutnoj temperaturi plina. Ovaj odnos se naziva Gay-Lussacov zakon. Matematički:
Tlak α Temperatura → Konstantni volumen
P α T → V je konstanta
Značenje jednadžbe 1 je da se pri konstantnom volumenu (V) ako se promijeni tlak (P) plina, mijenja i apsolutna temperatura (T) plina tako da je omjer između tlaka i apsolutne temperature konstantan. Drugim riječima, ako se tlak plina poveća, povećava se i apsolutna temperatura plina ili obrnuto, ako se tlak plina smanji,
apsolutna temperatura plina također se smanjuje, tako da je omjer između tlaka i temperature uvijek konstantan.
Apsolutna temperatura plina je temperatura plina, koja je navedena na Kelvinovoj ljestvici. Ako je temperatura još uvijek u Celzijusovim stupnjevima, prvo je promijenite u Kelvinovo ljestvicu.
Molimo imajte na umu da Boyleov zakon, Charlesov zakon i Gay-Lussacov zakon daju točne rezultate kada tlak i gustoća plina nisu previše značajni. Nadalje, tri zakona primjenjuju se samo na plin čija temperatura nije blizu vrelišta.
Na temelju ove činjenice može se zaključiti da se Boyleov zakon, Charlesov zakon i Gay-Lussacov zakon ne mogu primijeniti na sve uvjete plina. Budući da se ne može odnositi na sve stvarne uvjete plina, potreban nam je koncept idealnog plina. Ovaj idealni plin ne postoji u svakodnevnom životu. Idealni plin je samo idealan model, sličan konceptu idealnog krutog i fluidnog plina. Dakle, pretpostavljamo da se tri gore navedena zakona o plinu primjenjuju u svim uvjetima idealnog plina.
Pri rješavanju problema s plinskim zakonima, temperatura se mora izraziti na Kelvinovoj skali. Ako je tlak plina još uvijek u obliku mjernog tlaka, prvo ga promijenite u apsolutni tlak. Apsolutni tlak = atmosferski tlak + mjerni tlak
