Бойлдун мыйзамы, Чарльздын мыйзамы жана Г. Люссактын мыйзамы
Бойлдун мыйзамы
Роберт Бойл (1627–1691) газ басымы менен көлөмүнүн ортосундагы сандык байланышты изилдөө үчүн эксперименттер жүргүзгөн. Бул эксперимент белгилүү бир өлчөмдөгү газды жабык идишке салуудан турган. Ал жакшы болжолдоо менен, эгерде газдын температурасы туруктуу бойдон калса, анда газ басымы жогорулаган сайын газдын көлөмү азаяарын аныктаган. Ошо сыяктуу эле, газ басымы төмөндөгөндө, газдын көлөмү жогорулайт. Газ басымы газдын көлөмүнө тескери пропорционалдуу. Бул байланыш деп аталат Бойлдун мыйзамыМатематикалык жактан:
Бойлдун законун төмөнкүдөй да жазууга болот:
PV = туруктуу → 1-теңдеме
P1 V1 = P2 V2 → 2-теңдеме
1-теңдеменин мааниси туруктуу температурада (T), эгерде газдын басымы (P) өзгөрсө, газдын көлөмү (V) да өзгөрөт, ошондуктан басым менен көлөмдүн көбөйтүндүсү ар дайым туруктуу болот. Эгерде газдын басымы жогоруласа, газдын көлөмү азаят же тескерисинче, эгерде газдын басымы төмөндөсө, газдын көлөмү көбөйөт, ошондуктан басым менен көлөмдүн көбөйтүндүсү ар дайым туруктуу болот.
Көлөм менен басымдын ортосундагы байланышты көрсөткөн график төмөндөгүдөй көрүнөт. Роберт Бойл өзүнүн эксперименттеринин негизинде газдын көлөмү туура эмес өзгөрүп, графиктеги сызыктын ийри көрүнүшүнө алып келерин аныктаган. Графиктеги басым - бул манометрдик басым эмес, абсолюттук басым.
Чарльздын мыйзамы
Роберт Бойл көлөм менен басымдын ортосундагы байланышты ачкандан жүз жыл өткөндөн кийин, француз окумуштуусу Жак Шарль (1746–1823) температура менен газдын көлөмүнүн ортосундагы байланышты изилдеген. Ал өзүнүн эксперименттеринин негизинде эгерде газдын басымы туруктуу бойдон калса, анда газдын температурасы жогорулаган сайын көлөм да жогорулай турганын аныктаган. Тескерисинче, газдын температурасы төмөндөгөн сайын көлөм да азаят.
Температуранын өзгөрүшүнөн улам газдын көлөмүнүн өзгөрүшү үзгүлтүксүз болуп турат, ошондуктан бул графиктеги сызык түз көрүнөт. Эгерде графиктеги сызык төмөнкү температураларда тартылса, ал окту болжол менен -273°C температурада кесмек. oC.
Жүргүзүлгөн көптөгөн эксперименттердин негизинде, ар бир газ үчүн көлөмдүн өзгөрүшүнүн чоңдугу ар башка болгону менен, V-T графигиндеги сызык төмөнкү температурада тартылганда, сызык ар дайым окту -273 тегерегинде кесип өтөөрү аныкталган. oC. Эгерде газ -273 чейин муздатылса, андай деп айта алабыз oC болсо, анда газдын көлөмү = 0 болот. Эгерде газ температурасы -273 градустан төмөн болгонго чейин кайрадан муздатылса oC болсо, анда газдын көлөмү терс болот, бул мүмкүн эмес нерсе.
Ошентип, -273 oC - жетүүгө мүмкүн болгон эң төмөнкү температура. Анткени сызык окту ‐273 тегерегинде кесилишкен. oАндан кийин өз ара макулдашууга ылайык, жетишүүгө мүмкүн болгон эң төмөнкү температура -273,15 экени аныкталган. oC. -273,15 oC абсолюттук нөлдүк температура деп аталат жана абсолюттук шкала, ошондой эле Кельвин шкаласы үчүн шилтеме катары колдонулат. Кельвин британиялык физиги Лорд Кельвиндин (1824–1907) атынан коюлган. Бул шкала боюнча температура Кельвин градусу менен эмес, Кельвин (K) менен көрсөтүлөт.oК). Градустардын ортосундагы аралык Цельсий шкаласы боюнча бирдей. 0 К = ‐273,15 oC жана 273,15 K = 0 oC.
Цельсий шкаласы боюнча температураны 273,15 кошуу менен Кельвин шкаласына, ал эми Кельвин шкаласындагы температураны 273,15 кемитүү менен Цельсий шкаласына айландырса болот. Математикалык жактан:
Т (К) = Т (oC) + 273,15
T (oC) = T (K) ‐ 273,15
Маалымат:
T = Температура
K = Kelvin
C = Цельсий
Эгерде температура Кельвин шкаласы менен көрсөтүлсө, анда жогорудагы график төмөндөгү сүрөттөгүдөй болот.
Бул графиктин негизинде, туруктуу басымда газдын көлөмү ар дайым абсолюттук температурага түз пропорционалдуу деген тыянак чыгарууга болот. Эгерде газдын абсолюттук температурасы жогоруласа, көлөм да жогорулайт; тескерисинче, эгерде газдын абсолюттук температурасы төмөндөсө, көлөм да азаят. Бул байланыш Чарльз закону деп аталат. Математикалык жактан ал төмөнкүдөй жазылат:
Көлөм ∝ Температура → Туруктуу басым
V ∝ T → P туруктуусу
Чарльз мыйзамын мындайча да жазууга болот:
1-теңдеменин мааниси туруктуу басымда (P), эгерде газдын абсолюттук температурасы (T) өзгөрсө, газдын көлөмү (V) да өзгөрөт, ошондуктан абсолюттук температура менен көлөмдүн ортосундагы салыштыруу жыйынтыгы ар дайым туруктуу болот. Эгерде газдын абсолюттук температурасы жогоруласа, газдын көлөмү да жогорулайт же тескерисинче, эгерде газдын абсолюттук температурасы төмөндөсө, газдын көлөмү да азаят, ошондуктан температура менен көлөмдүн ортосундагы салыштыруу ар дайым туруктуу болот. Газдын абсолюттук температурасы дегенди Кельвин шкаласында көрсөтүлгөн газдын температурасы түшүнөт. Эгерде температура дагы эле Цельсий шкаласында болсо, анда аны алгач Кельвин шкаласына которуңуз.
Гей-Люссактын мыйзамы
Жозеф Гей-Люссак (1778–1850) эксперимент жүргүзүп, эгерде газдын көлөмү туруктуу бойдон калса, газ басымы жогорулаган сайын, анын абсолюттук температурасы да жогорулай турганын аныктаган. Тескерисинче, газ басымы төмөндөгөн сайын, анын абсолюттук температурасы да төмөндөйт. Туруктуу көлөмдө газ басымы газдын абсолюттук температурасына түз пропорционалдуу. Бул байланыш Гей-Люссактын мыйзамы деп аталат. Математикалык жактан:
Басым ∝ Температура → Туруктуу көлөм
P ∝ T → V туруктуусу
Гей-Люссак законун төмөнкүдөй жазууга болот:
1-теңдеменин мааниси төмөнкүдөй: туруктуу көлөмдө (V), эгерде газдын басымы (P) өзгөрсө, газдын абсолюттук температурасы (T) да өзгөрөт, ошондуктан басым менен абсолюттук температуранын ортосундагы салыштыруу жыйынтыгы туруктуу болот. Башкача айтканда, эгерде газдын басымы жогоруласа, газдын абсолюттук температурасы да жогорулайт, же тескерисинче, эгерде газдын басымы төмөндөсө, газдын абсолюттук температурасы да төмөндөйт, ошондуктан басым менен температуранын ортосундагы салыштыруу ар дайым туруктуу болот.
Газдын абсолюттук температурасы деп Кельвин шкаласы боюнча көрсөтүлгөн газдын температурасы түшүнүлөт. Эгерде температура дагы эле Цельсий шкаласында болсо, анда аны алгач Кельвин шкаласына которуңуз.
Белгилей кетүүчү нерсе, Бойлдун мыйзамы, Чарльздын мыйзамы жана Гей-Люссактын мыйзамы газдын басымы жана тыгыздыгы өтө жогору болбосо, так натыйжаларды берет. Андан тышкары, бул үч мыйзам температурасы кайноо температурасына жакын эмес газдарга гана тиешелүү.
Бул фактынын негизинде Бойлдун мыйзамын, Чарльздын мыйзамын жана Гей-Люссактын мыйзамын бардык газ шарттарына колдонууга болбойт деген тыянак чыгарууга болот. Аларды бардык реалдуу газ шарттарына колдонууга мүмкүн болбогондуктан, бизге идеалдуу газ же идеалдуу газ түшүнүгү керек. Бул идеалдуу газ күнүмдүк жашоодо жок. Идеалдуу газ - бул катуу дене жана идеалдуу суюктук түшүнүктөрүнө окшош идеалдуу модель гана. Ошондуктан, жогорудагы үч газ мыйзамы бардык идеалдуу газ шарттарында колдонулат деп эсептейбиз.
Газ мыйзамынын маселелерин чечүүдө температураны Кельвин шкаласы боюнча туюнтуу керек. Эгерде газ басымы дагы эле өлчөөчү басым болсо, анда аны алгач абсолюттук басымга айландырыңыз. Абсолюттук басым = атмосфералык басым + барометрдик басым.r.
