बोयलको नियम, चार्ल्सको नियम र जी. लुसाकको नियम
बोयलको नियम
रोबर्ट बोयल (१६२७–१६९१) ले ग्यासको चाप र आयतन बीचको मात्रात्मक सम्बन्धको अनुसन्धान गर्न प्रयोगहरू गरे। यस प्रयोगमा बन्द कन्टेनरमा निश्चित मात्रामा ग्यास राख्नु समावेश थियो। राम्रो अनुमानको लागि, उनले पत्ता लगाए कि यदि ग्यासको तापक्रम स्थिर राखियो भने, ग्यासको चाप बढ्दै जाँदा, ग्यासको आयतन घट्छ। यसको विपरीत, ग्यासको चाप घट्दै जाँदा, ग्यासको आयतन बढ्छ। ग्यासको चाप ग्यासको आयतनको विपरीत समानुपातिक हुन्छ। यो सम्बन्धलाई बोयलको नियम भनिन्छ । गणितीय रूपमा:
बोयलको नियमलाई यसरी पनि लेख्न सकिन्छ:
PV = स्थिरांक → समीकरण १
P 1 V 1 = P 2 V 2 → समीकरण 2
समीकरण १ को अर्थ यो हो कि स्थिर तापक्रम (T) मा, यदि ग्यासको चाप (P) परिवर्तन हुन्छ भने, ग्यासको आयतन (V) पनि परिवर्तन हुन्छ जसले गर्दा दबाब र आयतनको गुणनफल सधैं स्थिर रहन्छ। यदि ग्यासको चाप बढ्छ भने, ग्यासको आयतन घट्छ वा यसको विपरीत, यदि ग्यासको चाप घट्छ भने, ग्यासको आयतन बढ्छ, जसले गर्दा दबाब र आयतनको गुणनफल सधैं स्थिर रहन्छ।
आयतन र चाप बीचको सम्बन्ध देखाउने ग्राफ तलको जस्तो देखिन्छ। आफ्नो प्रयोगको आधारमा, रोबर्ट बोयलले पत्ता लगाए कि ग्यासको आयतन अनियमित रूपमा परिवर्तन हुन्छ, जसले गर्दा ग्राफमा रेखा घुमाउरो देखिन्छ। ग्राफमा चित्रण गरिएको दबाब निरपेक्ष दबाब हो, गेज दबाब होइन।
चार्ल्सको कानून
रोबर्ट बोयलले आयतन र चाप बीचको सम्बन्ध पत्ता लगाएको एक सय वर्ष पछि, फ्रान्सेली वैज्ञानिक ज्याक चार्ल्स (१७४६-१८२३) ले तापक्रम र ग्यासको आयतन बीचको सम्बन्धको अनुसन्धान गरे। आफ्नो प्रयोगको आधारमा, उनले पत्ता लगाए कि यदि ग्यासको चाप स्थिर रह्यो भने, ग्यासको तापक्रम बढ्दै जाँदा, आयतन पनि बढ्छ। यसको विपरीत, ग्यासको तापक्रम घट्दै जाँदा, आयतन पनि घट्छ।
तापक्रम परिवर्तनका कारण ग्यासको मात्रामा परिवर्तन नियमित रूपमा हुन्छ, त्यसैले यस ग्राफमा रेखा सीधा देखिन्छ। यदि ग्राफमा रेखा कम तापक्रममा कोरिएको भए, यसले -२७३ डिग्री सेल्सियसमा अक्षलाई काट्नेछ।
गरिएका धेरै प्रयोगहरूको आधारमा, यो पत्ता लाग्यो कि प्रत्येक ग्यासको आयतनमा परिवर्तनको परिमाण फरक भए पनि, तर जब V-T ग्राफमा रेखा कम तापक्रममा तानिन्छ, रेखाले सधैं -२७३ डिग्री सेल्सियसको वरिपरि अक्षलाई काट्छ। हामी भन्न सक्छौं कि यदि ग्यासलाई -२७३ डिग्री सेल्सियसमा चिसो पारियो भने , ग्यासको आयतन = ० हुन्छ। यदि ग्यासलाई फेरि चिसो पारियो भने जबसम्म यसको तापक्रम -२७३ डिग्री सेल्सियस भन्दा कम हुँदैन, ग्यासको आयतनको नकारात्मक मान हुनेछ, जुन असम्भव छ।
त्यसैले -२७३ oC सबैभन्दा कम तापक्रम हो जुन पुग्न सकिन्छ। किनभने रेखाले अक्षलाई लगभग -२७३ मा काट्छ। oत्यसपछि आपसी सहमति अनुसार, यो निर्धारण गरियो कि प्राप्त गर्न सकिने न्यूनतम तापक्रम -२७३.१५ थियो। oग. -२७३.१५ oC लाई निरपेक्ष शून्य तापक्रम भनिन्छ र यसलाई निरपेक्ष स्केलको सन्दर्भको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जसलाई केल्भिन स्केल पनि भनिन्छ। केल्भिनको नाम बेलायती भौतिकशास्त्री लर्ड केल्भिन (१८२४–१९०७) को नामबाट राखिएको हो। यस स्केलमा, तापक्रम केल्भिन (K) मा व्यक्त गरिन्छ, डिग्री केल्भिन (oK) डिग्री बीचको दूरी सेल्सियस स्केलमा जस्तै छ। ० K = −२७३.१५ oC र २७३.१५ K = ० oC.
सेल्सियस स्केलमा तापक्रम २७३.१५ थपेर केल्भिन स्केलमा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ, केल्भिन स्केलमा तापक्रम २७३.१५ घटाएर सेल्सियस स्केलमा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ। गणितीय रूपमा:
T (K) = T ( o C) + २७३.१५
T ( o C) = T (K) ‐ २७३.१५
जानकारी:
T = तापक्रम
K = केल्भिन
C = सेल्सियस
यदि तापक्रम केल्भिन स्केलमा व्यक्त गरिएको छ भने माथिको ग्राफ तलको छवि जस्तै देखिनेछ।
यस ग्राफको आधारमा, यो निष्कर्षमा पुग्न सकिन्छ कि स्थिर चापमा, ग्यासको आयतन सधैं निरपेक्ष तापक्रमसँग प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ। यदि ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम बढ्छ भने, आयतन पनि बढ्छ; यसको विपरीत, यदि ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम घट्छ भने, आयतन पनि घट्छ। यो सम्बन्धलाई चार्ल्सको नियम भनिन्छ। गणितीय रूपमा, यो निम्नानुसार लेखिएको छ:
आयतन ∝ तापक्रम → स्थिर चाप
V ∝ T → P स्थिरांक
चार्ल्सको नियम यसरी पनि लेख्न सकिन्छ:
समीकरण १ को अर्थ यो हो कि स्थिर चाप (P) मा, यदि ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम (T) परिवर्तन हुन्छ भने, ग्यासको आयतन (V) पनि परिवर्तन हुन्छ जसले गर्दा निरपेक्ष तापक्रम र आयतन बीचको तुलना परिणाम सधैं स्थिर रहन्छ। यदि ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम बढ्छ भने, ग्यासको आयतन पनि बढ्छ, वा यसको विपरीत, यदि ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम घट्छ भने, ग्यासको आयतन पनि घट्छ, जसले गर्दा तापक्रम र आयतन बीचको तुलना सधैं स्थिर रहन्छ। ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम भन्नाले केल्भिन स्केलमा व्यक्त गरिएको ग्यासको तापक्रम बुझिन्छ। यदि तापक्रम अझै पनि सेल्सियस स्केलमा छ भने, पहिले यसलाई केल्भिन स्केलमा रूपान्तरण गर्नुहोस्।
समलिङ्गी-लुसाकको नियम
जोसेफ गे-लुसाक (१७७८-१८५०) ले एउटा प्रयोग गरे र पत्ता लगाए कि यदि ग्यासको आयतन स्थिर राखियो भने, ग्यासको चाप बढ्दै जाँदा, ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम पनि बढ्छ। यसको विपरीत, ग्यासको चाप घट्दै जाँदा, ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम पनि घट्छ। स्थिर आयतनमा, ग्यासको चाप ग्यासको निरपेक्ष तापक्रमसँग प्रत्यक्ष समानुपातिक हुन्छ। यो सम्बन्धलाई गे-लुसाकको नियम भनिन्छ। गणितीय रूपमा:
चाप ∝ तापक्रम → स्थिर आयतन
P ∝ T → V स्थिरांक
गे-लुसाकको नियम यसरी पनि लेख्न सकिन्छ:
समीकरण १ को अर्थ यो हो कि स्थिर आयतन (V) मा, यदि ग्यासको चाप (P) परिवर्तन हुन्छ भने, ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम (T) पनि परिवर्तन हुन्छ जसले गर्दा दबाब र निरपेक्ष तापक्रम बीचको तुलना परिणाम स्थिर रहन्छ। अर्को शब्दमा, यदि ग्यासको चाप बढ्छ भने, ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम पनि बढ्छ, वा यसको विपरीत, यदि ग्यासको चाप घट्छ भने, ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम पनि घट्छ, जसले गर्दा दबाब र तापक्रम बीचको तुलना सधैं स्थिर रहन्छ।
ग्यासको निरपेक्ष तापक्रम भन्नाले केल्भिन स्केलमा व्यक्त गरिएको ग्यासको तापक्रम हो। यदि तापक्रम अझै पनि सेल्सियस स्केलमा छ भने, पहिले यसलाई केल्भिन स्केलमा रूपान्तरण गर्नुहोस्।
यो कुरा ध्यान दिनु महत्त्वपूर्ण छ कि यदि ग्यासको चाप र घनत्व धेरै उच्च छैन भने बोयलको नियम, चार्ल्सको नियम र गे-लुसाकको नियमले सही परिणाम प्रदान गर्दछ। यसबाहेक, यी तीन नियमहरू केवल ती ग्यासहरूमा लागू हुन्छन् जसको तापक्रम तिनीहरूको उम्लने बिन्दुको नजिक छैन।
यस तथ्यको आधारमा, यो निष्कर्षमा पुग्न सकिन्छ कि बोयलको नियम, चार्ल्सको नियम, र गे-लुसाकको नियम सबै ग्यास अवस्थाहरूमा लागू गर्न सकिँदैन। किनकि तिनीहरू सबै वास्तविक ग्यास अवस्थाहरूमा लागू गर्न सकिँदैन, हामीलाई आदर्श ग्यास, वा एक पूर्ण ग्यासको अवधारणा चाहिन्छ। यो आदर्श ग्यास दैनिक जीवनमा अवस्थित छैन। एक आदर्श ग्यास केवल एक आदर्श मोडेल हो, कठोर शरीर र एक आदर्श तरल पदार्थको अवधारणा जस्तै। त्यसकारण, हामी माथिका तीन ग्यास नियमहरू सबै आदर्श ग्यास अवस्थाहरूमा लागू हुन्छन् भन्ने मान्दछौं।
ग्यास कानून समस्याहरू समाधान गर्दा, तापक्रम केल्भिन स्केलमा व्यक्त गर्नुपर्छ। यदि ग्यासको चाप अझै पनि मापन गर्ने चाप हो भने, पहिले यसलाई निरपेक्ष चापमा रूपान्तरण गर्नुहोस्। निरपेक्ष चाप = वायुमण्डलीय चाप + गेज चाप r।
