Raksts Boila likums, Čārlza likums, Geja-Lisaka likums
Boila likums
Roberts Boils (1627–1691) veica eksperimentus, lai izpētītu kvantitatīvo attiecību starp gāzes spiedienu un tilpumu. Šo eksperimentu veic, ievietojot noteiktu gāzes daudzumu slēgtā traukā. Līdz diezgan labas pieejas iegūšanai viņš atklāja, ka, ja gāzes temperatūra tiek uzturēta nemainīga, tad, palielinoties gāzes spiedienam, gāzes tilpums samazinās. Tāpat, samazinoties gāzes spiedienam, gāzes tilpums palielinās. Gāzes spiediens ir apgriezti proporcionāls gāzes tilpumam. Šī attiecība ir pazīstama kā Boila likums. Matemātiski:
Boila likumu var uzrakstīt arī šādi:
PV = konstante → 1. vienādojums
P1V1 = P2V2 → 2. vienādojums
1. vienādojuma nozīme ir tāda, ka pie nemainīgas temperatūras (T), ja mainās gāzes spiediens (P), mainās arī gāzes tilpums (V),
tā, lai spiediena un tilpuma reizināšanas rezultāti vienmēr būtu nemainīgi. Ja gāzes spiediens palielinās, gāzes tilpums samazinās, vai otrādi, ja gāzes spiediens samazinās, gāzes tilpums palielinās, tāpēc spiediena un tilpuma reizinājums vienmēr ir nemainīgs.
Grafikā, kas attēlo tilpuma un spiediena savstarpējo saistību, redzams attēlā zemāk. Pamatojoties uz eksperimenta rezultātiem, Roberts Boils atklāja, ka gāzes tilpums mainās neregulāri, tāpēc līnijas grafikā izskatās izliektas. Grafikā attēlotais spiediens ir absolūtais spiediens.
Kārļa likums
Simts gadus pēc tam, kad Roberts Boils atklāja tilpuma un spiediena savstarpējo saistību, franču zinātnieks Žaks Šarls (1746–1823) pētīja temperatūras un gāzes tilpuma savstarpējo saistību. Pamatojoties uz eksperimenta rezultātiem, viņš atklāja, ka, ja gāzes spiediens vienmēr ir nemainīgs, tad, palielinoties gāzes temperatūrai, palielinās arī gāzes tilpums. Un otrādi, kad gāzes temperatūra samazinās, samazinās arī gāzes tilpums.
Gāzes tilpuma izmaiņas temperatūras izmaiņu dēļ notiek regulāri, tāpēc līnijas šajā grafikā ir taisnas. Ja līnijas grafikā ir attēlotas, līdz temperatūra ir zemāka, tad līnija krustos asi ap -273 ° C.
Pamatojoties uz daudziem veiktajiem eksperimentiem, tika konstatēts, ka, lai gan katras gāzes tilpuma izmaiņu lielums atšķiras,
Kad līnijas VT diagrammā tiek novilktas uz zemāku temperatūru, līnija vienmēr šķērso asi ap -273 ° C. Var teikt, ka, ja gāzi atdzesē līdz -273 ° C, tad gāzes tilpums ir = 0. Ja gāzi atkal atdzesē, līdz temperatūra ir zem -273 ° C, tad gāzes tilpums būs negatīvs, kas nav iespējams.
Tātad -273 oC ir zemākā temperatūra, ko var sasniegt. Tā kā līnija krusto asi ap -273 oC saskaņā ar vienošanos ir noteikts, ka zemākā sasniedzamā temperatūra ir -273.15 oC. -273.15 oC sauc par absolūto nulles temperatūru un tiek izmantota kā absolūtās skalas atskaites punkts jeb Kelvina skala. Kelvins ir britu fiziķa lorda Kelvina (1824–1907) vārds. Šajā skalā temperatūra tiek izteikta kelvinos (K), nevis kelvinos (oK) grādi. Attālums starp grādiem ir tāds pats kā Celsija skalā. 0 K = -273.15 oC un 273.15 K = 0 oC.
Temperatūru Celsija skalā var pārvērst Kelvina skalā, pieskaitot 273.15, temperatūru Kelvina skalā var pārvērst Celsija skalā, atņemot 273.15. Matemātiski:
T (K) = T ( ° C) + 273.15
T( ° C) = T(K) – 273.15
T = Temperatūra
K = Kelvins
C = Celsija
Ja temperatūra tiek izteikta Kelvina skalā, iepriekš redzamā diagramma izskatīsies kā attēlā zemāk.
Balstoties uz šo grafiku, var secināt, ka pie fiksēta spiediena gāzes tilpums vienmēr ir tieši proporcionāls gāzes absolūtajai temperatūrai. Ja gāzes absolūtā temperatūra palielinās, palielinās arī gāzes tilpums, gluži pretēji, ja gāzes absolūtā temperatūra samazinās, samazinās arī gāzes tilpums. Šī sakarība ir pazīstama kā Čārlza likums. Matemātiski:
Tilpums α Temperatūra → Pastāvīgs spiediens
V α T → P konstante
1. vienādojuma nozīme ir tāda, ka pie konstanta spiediena (P), ja mainās absolūtā temperatūra (T), tad arī gāzes tilpums (V) mainās tā, ka attiecība starp absolūto temperatūru un tilpumu vienmēr ir nemainīga. Ja gāzes absolūtā temperatūra palielinās, palielinās arī gāzes tilpums vai otrādi, ja gāzes absolūtā temperatūra samazinās.
Gāzes tilpums arī samazinās, tāpēc temperatūras un tilpuma attiecība vienmēr ir nemainīga. Gāzes absolūtā temperatūra ir gāzes temperatūra, kas norādīta Kelvina skalā. Ja temperatūra joprojām ir Celsija skalā, tad vispirms nomainiet to uz Kelvina skalu.
Geja-Lusaka likums
Džozefs Gejs-Lisaka (1778–1850) veica eksperimentus un atklāja, ka, ja gāzes tilpums ir nemainīgs, tad, palielinoties gāzes spiedienam, palielinās gāzes absolūtā temperatūra. Līdzīgi, samazinoties gāzes spiedienam, samazinās gāzes absolūtā temperatūra. Pie nemainīga tilpuma gāzes spiediens ir tieši proporcionāls gāzes absolūtajai temperatūrai. Šo sakarību sauc par Geja-Lisaka likumu. Matemātiski:
Spiediens α Temperatūra → Nemainīgs tilpums
P α T → V ir konstante
1. vienādojuma nozīme ir tāda, ka pie nemainīga tilpuma (V), ja mainās gāzes spiediens (P), mainās arī gāzes absolūtā temperatūra (T), tāpēc attiecība starp spiedienu un absolūto temperatūru ir nemainīga. Citiem vārdiem sakot, ja gāzes spiediens palielinās, palielinās arī gāzes absolūtā temperatūra vai otrādi, ja gāzes spiediens samazinās.
Arī gāzes absolūtā temperatūra samazinās, tāpēc spiediena un temperatūras attiecība vienmēr ir nemainīga.
Gāzes absolūtā temperatūra ir gāzes temperatūra, kas norādīta Kelvina skalā. Ja temperatūra joprojām ir Celsija skalā, tad vispirms nomainiet to uz Kelvina skalu.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka Boila likums, Čārlza likums un Geja-Lisaka likums sniedz precīzus rezultātus, ja gāzes spiediens un blīvums nav pārāk nozīmīgi. Turklāt šie trīs likumi attiecas tikai uz gāzi, kuras temperatūra nav tuvu viršanas temperatūrai.
Pamatojoties uz šo faktu, var secināt, ka Boila likumu, Čārlza likumu un Geja-Lisaka likumu nevar piemērot visiem gāzes stāvokļiem. Tā kā tas nevar attiekties uz visiem reāliem gāzes stāvokļiem, mums ir nepieciešams ideālās gāzes jēdziens. Šāda ideālā gāze ikdienas dzīvē nepastāv. Ideālā gāze ir tikai ideāls modelis, līdzīgs ideāli stingras un plūstošas gāzes jēdzienam. Tāpēc mēs pieņemam, ka iepriekš minētie trīs gāzes likumi attiecas uz visiem ideālās gāzes stāvokļiem.
Risinot gāzes likumu problēmas, temperatūra jānorāda Kelvina skalā. Ja gāzes spiediens joprojām ir mērījumu spiediena formā, vispirms to nomainiet uz absolūto spiedienu. Absolūtais spiediens = atmosfēras spiediens + mērījumu spiediens.
