Бойль заңы, Чарльз заңы және Г. Люссак заңы

Бойль заңы, Чарльз заңы және Г. Люссак заңы

Бойл заңы

Роберт Бойл (1627–1691) газ қысымы мен көлемі арасындағы сандық байланысты зерттеу үшін тәжірибелер жүргізді. Бұл тәжірибе белгілі бір мөлшерде газды жабық ыдысқа салуды қамтыды. Жақсы жуықтау бойынша, ол газдың температурасы тұрақты сақталса, газ қысымы артқан сайын газ көлемі азаятынын анықтады. Сол сияқты, газ қысымы төмендеген кезде газ көлемі артады. Газ қысымы газ көлеміне кері пропорционалды. Бұл байланыс деп аталады Бойл заңыМатематикалық тұрғыдан:

Бойль заңын келесідей де жазуға болады:

PV = тұрақты → 1-теңдеу

P₁ V₁ = Р₂ V₂ → 2-теңдеу

1-теңдеудің мағынасы тұрақты температурада (T), егер газдың қысымы (P) өзгерсе, газдың көлемі (V) де өзгереді, сондықтан қысым мен көлемнің көбейтіндісі әрқашан тұрақты болады. Егер газ қысымы артса, газ көлемі азаяды немесе керісінше, егер газ қысымы төмендесе, газ көлемі артады, сондықтан қысым мен көлемнің көбейтіндісі әрқашан тұрақты болады.

Көлем мен қысым арасындағы байланысты көрсететін график төмендегіге ұқсайды. Роберт Бойл өз тәжірибелеріне сүйене отырып, газ көлемінің біркелкі емес өзгеретінін, нәтижесінде графиктегі сызықтың қисық болып көрінетінін анықтады. Графиктегі қысым - манометрлік қысым емес, абсолютті қысым.

Чарльз заңы

Роберт Бойл көлем мен қысым арасындағы байланысты ашқаннан кейін жүз жыл өткен соң, француз ғалымы Жак Шарль (1746–1823) температура мен газ көлемі арасындағы байланысты зерттеді. Өз тәжірибелеріне сүйене отырып, ол газ қысымы тұрақты болып қалса, газ температурасы артқан сайын көлем де артатынын анықтады. Керісінше, газ температурасы төмендеген сайын көлем де азаяды.

Температураның өзгеруіне байланысты газ көлемінің өзгеруі үнемі болып тұрады, сондықтан бұл графиктегі сызық түзу болып көрінеді. Егер графиктегі сызық төмен температурада жүргізілсе, ол осьті шамамен -273°C температурада қиып өтер еді. ^oC.

Жүргізілген көптеген тәжірибелерге сүйене отырып, әрбір газ үшін көлемнің өзгеру шамасы әртүрлі болғанымен, V-T графигіндегі сызық төменгі температурада жүргізілгенде, сызық әрқашан осьті -273 шамасында кесетіні анықталды. ^oC. Егер газ -273 дейін салқындатылса, деп айта аламыз. ^oC болса, газ көлемі = 0 болады. Егер газ температурасы -273 градустан төмен болғанша қайтадан салқындатылса ^oC болса, онда газдың көлемі теріс болады, бұл мүмкін емес нәрсе.

Сонымен -273 ^oC - жетуге болатын ең төменгі температура. Себебі сызық осьпен шамамен -273 нүктесінде қиылысады. ^oC содан кейін өзара келісім бойынша, қол жеткізуге болатын ең төменгі температура -273,15 екені анықталды. ^oC. ‐273,15 ^oC абсолютті нөлдік температура деп аталады және абсолютті шкала, яғни Кельвин шкаласы үшін сілтеме ретінде қолданылады. Кельвин британдық физигі Лорд Кельвиннің (1824–1907) есімімен аталған. Бұл шкала бойынша температура Кельвин градусымен емес, Кельвинмен (K) өрнектеледі.^oK). Градустар арасындағы қашықтық Цельсий шкаласы бойынша бірдей. 0 K = ‐273,15 ^oC және 273,15 K = 0 ^oC.

Цельсий шкаласы бойынша температураны 273,15 қосу арқылы Кельвин шкаласына, ал Кельвин шкаласы бойынша температураны 273,15 азайту арқылы Цельсий шкаласына түрлендіруге болады. Математикалық тұрғыдан:

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

Т (^oC) = T (K) ‐ 273,15

Ақпарат :

T = Температура

K = Кельвин

C = Цельсий

Егер температура Кельвин шкаласы бойынша көрсетілсе, онда жоғарыдағы график төмендегі суреттегідей болады.

Осы графикке сүйене отырып, тұрақты қысым кезінде газ көлемі әрқашан абсолюттік температураға тура пропорционалды деген қорытынды жасауға болады. Егер газдың абсолюттік температурасы артса, көлем де артады; керісінше, егер газдың абсолюттік температурасы төмендесе, көлем де азаяды. Бұл қатынас Чарльз заңы деп аталады. Математикалық тұрғыдан ол келесідей жазылады:

Көлем ∝ Температура → Тұрақты қысым

V ∝ T → P тұрақтысы

Чарльз заңын былай жазуға болады:

1-теңдеудің мағынасы мынада: тұрақты қысымда (P), егер газдың абсолюттік температурасы (T) өзгерсе, газдың көлемі (V) де өзгереді, сондықтан абсолюттік температура мен көлем арасындағы салыстыру нәтижесі әрқашан тұрақты болады. Егер газдың абсолюттік температурасы артса, газдың көлемі де артады немесе керісінше, егер газдың абсолюттік температурасы төмендесе, газдың көлемі де азаяды, сондықтан температура мен көлем арасындағы салыстыру нәтижесі әрқашан тұрақты болады. Газдың абсолюттік температурасы дегеніміз - Кельвин шкаласында көрсетілген газдың температурасы. Егер температура әлі де Цельсий шкаласында болса, оны алдымен Кельвин шкаласына түрлендіріңіз.

Гей-Люссак заңы

Джозеф Гей-Люссак (1778–1850) тәжірибе жүргізіп, егер газдың көлемі тұрақты сақталса, газ қысымы артқан сайын газдың абсолюттік температурасы да артатынын анықтады. Керісінше, газ қысымы төмендеген сайын газдың абсолюттік температурасы да төмендейді. Тұрақты көлемде газ қысымы газдың абсолюттік температурасына тура пропорционалды. Бұл қатынас Гей-Люссак заңы деп аталады. Математикалық тұрғыдан:

Қысым ∝ Температура → Тұрақты көлем

P ∝ T → V тұрақтысы

Гей-Люссак заңын былай жазуға болады:

1-теңдеудің мағынасы мынада: тұрақты көлемде (V), егер газдың қысымы (P) өзгерсе, газдың абсолюттік температурасы (T) да өзгереді, сондықтан қысым мен абсолюттік температура арасындағы салыстыру нәтижесі тұрақты болады. Басқаша айтқанда, егер газ қысымы артса, газдың абсолюттік температурасы да артады немесе керісінше, егер газ қысымы төмендесе, газдың абсолюттік температурасы да төмендейді, сондықтан қысым мен температура арасындағы салыстыру әрқашан тұрақты болады.

Газдың абсолюттік температурасы дегеніміз - Кельвин шкаласы бойынша көрсетілген газ температурасы. Егер температура әлі де Цельсий шкаласында болса, оны алдымен Кельвин шкаласына түрлендіріңіз.

Бойль заңы, Чарльз заңы және Гей-Люссак заңы газ қысымы мен тығыздығы тым жоғары болмаса, дәл нәтижелер беретінін ескеру маңызды. Сонымен қатар, бұл үш заң тек температурасы қайнау температурасына жақын емес газдарға ғана қолданылады.

Осы фактіге сүйене отырып, Бойл заңын, Шарль заңын және Гей-Люссак заңын барлық газ жағдайларына қолдануға болмайды деген қорытынды жасауға болады. Оларды барлық нақты газ жағдайларына қолдануға болмайтындықтан, бізге идеал газ немесе мінсіз газ ұғымы қажет. Бұл идеал газ күнделікті өмірде жоқ. Идеал газ - бұл тек қатты дене және идеал сұйықтық ұғымдарына ұқсас идеал модель. Сондықтан, жоғарыдағы үш газ заңы барлық идеал газ жағдайларында қолданылады деп есептейміз.

Газ заңы бойынша есептерді шешуде температураны Кельвин шкаласы бойынша көрсету керек. Егер газ қысымы әлі де өлшеу қысымы болса, оны алдымен абсолютті қысымға айналдырыңыз. Абсолютті қысым = атмосфералық қысым + барометрлік қысым.r.