ബോയ്‌ൽസ് നിയമം ചാൾസ് നിയമം ഗേ-ലുസാക്‌സ് നിയമം

ലേഖനം ബോയിലിന്റെ നിയമം, ചാൾസിന്റെ നിയമം, ഗേ-ലുസാക്കിന്റെ നിയമം

ബോയിലിന്റെ നിയമം

വാതക മർദ്ദവും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള അളവ് ബന്ധം അന്വേഷിക്കുന്നതിനായി റോബർട്ട് ബോയിൽ (1627-1691) പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി. അടച്ച പാത്രത്തിൽ ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ വാതകം തിരുകിയാണ് ഈ പരീക്ഷണം നടത്തുന്നത്. നല്ലൊരു സമീപനം വരെ, വാതക താപനില സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുകയാണെങ്കിൽ, വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ, വാതക വ്യാപ്തം കുറയുമെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. അതുപോലെ, വാതക മർദ്ദം കുറയുമ്പോൾ, വാതക വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു. വാതക മർദ്ദം വാതക വ്യാപ്തത്തിന് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ്. ഈ ബന്ധം ബോയ്‌ലിന്റെ നിയമം എന്നറിയപ്പെടുന്നു. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി:

ബോയ്‌ലിന്റെ നിയമം ഇങ്ങനെയും എഴുതാം:

PV = സ്ഥിരാങ്കം → സമവാക്യം 1

പി ₁ വി ₁ = പി ₂ വി ₂ → സമവാക്യം 2

സമവാക്യം 1 ന്റെ അർത്ഥം ഒരു സ്ഥിരമായ താപനിലയിൽ (T) ആണ്, വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദം (P) മാറുകയാണെങ്കിൽ വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും (V) മാറുന്നു,

അതിനാൽ മർദ്ദവും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള ഗുണനത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും. വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ വാതക വ്യാപ്തം കുറയുന്നു അല്ലെങ്കിൽ വാതക മർദ്ദം കുറയുകയാണെങ്കിൽ വാതക വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു, അതിനാൽ മർദ്ദവും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള ഗുണനം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും.

വ്യാപ്തവും മർദ്ദവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം പറയുന്ന ഗ്രാഫ് താഴെയുള്ള ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെയാണ്. പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം ക്രമരഹിതമായി മാറുന്നതിനാൽ ഗ്രാഫിലെ രേഖകൾ വളഞ്ഞതായി കാണപ്പെടുന്നുവെന്ന് റോബർട്ട് ബോയിൽ കണ്ടെത്തി. ഗ്രാഫിൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്ന മർദ്ദം കേവല മർദ്ദമാണ്.

ചാൾസിന്റെ നിയമം

റോബർട്ട് ബോയിൽ വ്യാപ്തവും മർദ്ദവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കണ്ടെത്തി നൂറ് വർഷങ്ങൾക്ക് ശേഷം, ജാക്വസ് ചാൾസ് (1746-1823) എന്ന ഫ്രഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞൻ താപനിലയും വാതക വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെക്കുറിച്ച് അന്വേഷിച്ചു. പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, വാതക മർദ്ദം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കുമ്പോൾ, വാതക താപനില വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ, വാതക വ്യാപ്തവും വർദ്ധിക്കുന്നുവെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. നേരെമറിച്ച്, വാതക താപനില കുറയുമ്പോൾ, വാതക വ്യാപ്തവും കുറയുന്നു.

താപനിലയിലെ മാറ്റങ്ങൾ കാരണം വാതക വ്യാപ്തത്തിൽ മാറ്റങ്ങൾ പതിവായി സംഭവിക്കുന്നതിനാൽ ഈ ഗ്രാഫിലെ രേഖകൾ നേരെയായി ദൃശ്യമാകും. താപനില കുറയുന്നതുവരെ ഗ്രാഫിലെ രേഖകൾ ചിത്രീകരിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, രേഖ -273 ^o C ചുറ്റളവിൽ അച്ചുതണ്ട് മുറിക്കും.

നടത്തിയ നിരവധി പരീക്ഷണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ഓരോ വാതകത്തിന്റെയും വ്യാപ്തത്തിലുണ്ടാകുന്ന മാറ്റത്തിന്റെ വ്യാപ്തി വ്യത്യാസപ്പെടുന്നുണ്ടെങ്കിലും,

VT ചാർട്ടിലെ രേഖകൾ താഴ്ന്ന താപനിലയിലേക്ക് വരയ്ക്കുമ്പോൾ, രേഖ എല്ലായ്പ്പോഴും -273 ^{o C ന് ചുറ്റും അച്ചുതണ്ടിനെ മുറിക്കുന്നു. വാതകം -273 o} C ലേക്ക് തണുപ്പിച്ചാൽ വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം = 0 എന്ന് നമുക്ക് പറയാം. താപനില -273 ^o C യിൽ താഴെയാകുന്നതുവരെ വാതകം വീണ്ടും തണുപ്പിച്ചാൽ വാതക വ്യാപ്തം നെഗറ്റീവ് ആയിരിക്കും, അത് അസാധ്യമായ ഒന്നാണ്.

അങ്ങനെ -273 ^oC ആണ് കൈവരിക്കാവുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ താപനില. കാരണം രേഖ -273 ന് ചുറ്റും അച്ചുതണ്ടിനെ വിഭജിക്കുന്നു. ^oകരാർ പ്രകാരം, കൈവരിക്കാവുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ താപനില -273.15 ആണെന്ന് നിർണ്ണയിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ^oസി. -273.15 ^oC യെ കേവല പൂജ്യം താപനില എന്ന് വിളിക്കുന്നു, ഇത് ഒരു കേവല സ്കെയിൽ റഫറൻസായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, കെൽവിൻ സ്കെയിൽ എന്നും ഇത് അറിയപ്പെടുന്നു. കെൽവിൻ എന്നത് ബ്രിട്ടീഷ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ലോർഡ് കെൽവിന്റെ (1824-1907) പേരാണ്. ഈ സ്കെയിലിൽ, താപനില കെൽവിൻ (K) യിൽ അല്ല, കെൽവിൻ (K) യിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു.^oകെ) ഡിഗ്രികൾ. ഡിഗ്രികൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം സെന്റിഗ്രേഡ് സ്കെയിലിലെ പോലെ തന്നെയാണ്. 0 കെ = -273.15 ^oസി യും 273.15 കെ = 0 ഉം ^oC.

സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിലെ താപനില 273.15 കൂട്ടിയാൽ കെൽവിൻ സ്കെയിലിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യാം, കെൽവിൻ സ്കെയിലിലെ താപനില 273.15 കുറച്ചുകൊണ്ട് സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യാം. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി:

ടി (കെ) = ടി ( ^ഒ സി) + 273.15

ടി ( ^o സി) = ടി (കെ) – 273.15

ടി = താപനില

കെ = കെൽവിൻ

സി = സെൽഷ്യസ്

താപനില കെൽവിൻ സ്കെയിലിൽ പ്രകടിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ, മുകളിലുള്ള ചാർട്ട് താഴെയുള്ള ചിത്രം പോലെ കാണപ്പെടും.

ഈ ഗ്രാഫിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഒരു നിശ്ചിത മർദ്ദത്തിൽ, വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം എല്ലായ്പ്പോഴും വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലായിരിക്കുമെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം. വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തവും വർദ്ധിക്കും, നേരെമറിച്ച്, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില കുറയുകയാണെങ്കിൽ, വാതക വ്യാപ്തവും കുറയുന്നു. ഈ ബന്ധം ചാൾസിന്റെ നിയമം എന്നറിയപ്പെടുന്നു. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി:

വ്യാപ്തം α താപനില → സ്ഥിര മർദ്ദം

V α T → P സ്ഥിരാങ്കം

സമവാക്യം 1 ന്റെ അർത്ഥം സ്ഥിര മർദ്ദത്തിൽ (P) ആണ്, കേവല താപനില (T) മാറുകയാണെങ്കിൽ വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും (V) മാറുകയും അങ്ങനെ കേവല താപനിലയും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും. വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും വർദ്ധിക്കുന്നു അല്ലെങ്കിൽ വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില കുറയുകയാണെങ്കിൽ തിരിച്ചും,

വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തവും കുറയുന്നു, അതിനാൽ താപനിലയും വ്യാപ്തവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും. വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില വാതകത്തിന്റെ താപനിലയാണ്, അത് കെൽവിൻ സ്കെയിലിൽ പ്രസ്താവിക്കപ്പെടുന്നു. താപനില ഇപ്പോഴും സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിൽ ആണെങ്കിൽ, ആദ്യം അത് കെൽവിൻ സ്കെയിലിലേക്ക് മാറ്റുക.

ഗേ-ലുസാക് നിയമം

ജോസഫ് ഗേ-ലുസാക് (1778-1850) പരീക്ഷണം നടത്തി, വാതക വ്യാപ്തം സ്ഥിരമായി വെച്ചാൽ, വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില വർദ്ധിക്കുമെന്ന് കണ്ടെത്തി. അതുപോലെ, വാതക മർദ്ദം കുറയുമ്പോൾ, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില കുറയുന്നു. സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തത്തിൽ, വാതക മർദ്ദം വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയ്ക്ക് നേർ അനുപാതത്തിലാണ്. ഈ ബന്ധത്തെ ഗേ-ലുസാക് നിയമം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഗണിതശാസ്ത്രപരമായി:

മർദ്ദം α താപനില → സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം

P α T → V സ്ഥിരമാണ്

സമവാക്യം 1 ന്റെ അർത്ഥം, സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തത്തിൽ (V) വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദം (P) മാറുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയും (T) മാറുന്നതിനാൽ മർദ്ദവും കേവല താപനിലയും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം സ്ഥിരമായിരിക്കും എന്നതാണ്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, വാതക മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയും വർദ്ധിക്കുന്നു അല്ലെങ്കിൽ വാതക മർദ്ദം കുറയുകയാണെങ്കിൽ തിരിച്ചും,

വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനിലയും കുറയുന്നു, അതിനാൽ മർദ്ദവും താപനിലയും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും.

വാതകത്തിന്റെ കേവല താപനില എന്നത് വാതകത്തിന്റെ താപനിലയാണ്, അത് കെൽവിൻ സ്കെയിലിൽ പറയുന്നു. താപനില ഇപ്പോഴും സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലിൽ ആണെങ്കിൽ, ആദ്യം അത് കെൽവിൻ സ്കെയിലിലേക്ക് മാറ്റുക.

വാതകത്തിന്റെ മർദ്ദവും സാന്ദ്രതയും വളരെ പ്രധാനമല്ലാത്തപ്പോൾ ബോയ്‌ലിന്റെ നിയമം, ചാൾസിന്റെ നിയമം, ഗേ-ലുസാക്കിന്റെ നിയമം എന്നിവ കൃത്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകുന്നുവെന്ന് ദയവായി ശ്രദ്ധിക്കുക. കൂടാതെ, തിളനിലയ്ക്ക് സമീപമല്ലാത്ത താപനിലയുള്ള വാതകത്തിന് മാത്രമേ ഈ മൂന്ന് നിയമങ്ങളും ബാധകമാകൂ.

ഈ വസ്തുതയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ബോയ്‌ലിന്റെ നിയമം, ചാൾസിന്റെ നിയമം, ഗേ-ലുസാക്കിന്റെ നിയമം എന്നിവ എല്ലാ വാതക അവസ്ഥകളിലും പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ലെന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം. എല്ലാ യഥാർത്ഥ വാതക അവസ്ഥകളെയും ഇത് പരാമർശിക്കാൻ കഴിയാത്തതിനാൽ, നമുക്ക് ഐഡിയൽ ഗ്യാസ് ആശയം ആവശ്യമാണ്. ഈ ആദർശ വാതകം ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ നിലനിൽക്കുന്നില്ല. ആദർശ വാതകം ആദർശ കർക്കശവും ദ്രാവകവുമായ ആശയത്തിന് സമാനമായ ഒരു ആദർശ മാതൃക മാത്രമാണ്. അതിനാൽ, മുകളിലുള്ള മൂന്ന് വാതക നിയമങ്ങൾ എല്ലാ ആദർശ വാതക അവസ്ഥകളിലും ബാധകമാണെന്ന് നമുക്ക് അനുമാനിക്കാം.

വാതക നിയമ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുമ്പോൾ, താപനില കെൽവിൻ സ്കെയിലിൽ പ്രസ്താവിക്കണം. വാതക മർദ്ദം ഇപ്പോഴും മർദ്ദം അളക്കുന്ന രൂപത്തിലാണെങ്കിൽ, ആദ്യം അതിനെ കേവല മർദ്ദത്തിലേക്ക് മാറ്റുക. കേവല മർദ്ദം = അന്തരീക്ഷമർദ്ദം + അളക്കുന്ന മർദ്ദം