Boyles lov, Charles' lov og G. Lussacs lov

Boyles lov, Charles' lov og G. Lussacs lov

Boyles lov

Robert Boyle (1627‐1691) melakukan eksperimen untuk menyelidiki hubungan kuantitatif antara tekanan dan volume gas. Percobaan ini dilakukan dengan memasukkan sejumlah gas tertentu ke dalam sebuah wadah tertutup. Sampai pendekatan yang cukup baik, Ia menemukan bahwa apabila suhu gas dijaga konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas bertambah. Tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Boyles lovMatematisk sett:

Boyles lov kan også skrives som:

PV = konstant → ligning 1

P1V1 = _P2V2 → ligning _2​​_​

Betydningen av ligning 1 er at ved en konstant temperatur (T), hvis trykket (P) til gassen endres, endres også volumet (V) til gassen, slik at produktet av trykk og volum alltid er konstant. Hvis gasstrykket øker, reduseres gassvolumet, eller omvendt, hvis gasstrykket synker, øker gassvolumet, slik at produktet av trykk og volum alltid er konstant.

En graf som viser forholdet mellom volum og trykk ser ut som den nedenfor. Basert på eksperimentene sine oppdaget Robert Boyle at gassvolumet endres uregelmessig, noe som får linjen på grafen til å virke buet. Trykket som er avbildet på grafen er absolutt trykk, ikke overtrykk.

Charles' lov

Hundre år etter at Robert Boyle oppdaget forholdet mellom volum og trykk, undersøkte den franske vitenskapsmannen Jacques Charles (1746–1823) forholdet mellom temperatur og gassvolum. Basert på eksperimentene sine oppdaget han at hvis gasstrykket forblir konstant, øker også volumet når temperaturen på gassen øker. Omvendt, når temperaturen på gassen synker, synker også volumet.

Endringer i gassvolum på grunn av temperaturendringer skjer regelmessig, så linjen på denne grafen ser rett ut. Hvis linjen på grafen ble tegnet ved lavere temperaturer, ville den skjære aksen rundt -273 ^° C.

Basert på mange eksperimenter som er utført, ble det funnet at selv om størrelsen på volumendringen for hver gass er forskjellig, men når linjen på V-T-grafen tegnes til en lavere temperatur, skjærer linjen alltid aksen rundt -273 ^° C. Vi kan si at hvis gassen avkjøles til -273 ^° C, er volumet av gassen = 0. Hvis gassen avkjøles igjen til temperaturen er under -273 ^° C, vil volumet av gassen ha en negativ verdi, noe som er umulig.

Så -273 ^oC er den laveste temperaturen som kan nås. Fordi linjen skjærer aksen rundt -273 ^oC, ble det deretter etter gjensidig avtale bestemt at den laveste temperaturen som kunne oppnås var -273,15 ^oC. ‐273,15 ^oC kalles absolutt nullpunkttemperatur og brukes som referanse for den absolutte skalaen, også kjent som Kelvin-skalaen. Kelvin er oppkalt etter Lord Kelvin (1824–1907), en britisk fysiker. På denne skalaen uttrykkes temperatur i Kelvin (K), ikke grader Kelvin (^oK). Avstanden mellom gradene er den samme som på Celsius-skalaen. 0 K = -273,15 ^oC og 273,15 K = 0 ^oC.

Temperatur i Celsius-skala kan konverteres til Kelvin-skala ved å legge til 273,15, temperatur i Kelvin-skala kan konverteres til Celsius-skala ved å trekke fra 273,15. Matematisk:

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

T ( ^oC ) = T(K) ‐ 273,15

Informasjon :

T = Temperatur

K = Kelvin

C = Celsius

Hvis temperaturen uttrykkes i Kelvin-skala, vil grafen ovenfor se ut som bildet nedenfor.

Basert på denne grafen kan man konkludere med at gassvolumet alltid er direkte proporsjonalt med den absolutte temperaturen ved konstant trykk. Hvis den absolutte temperaturen til en gass øker, øker også volumet; omvendt, hvis den absolutte temperaturen til en gass synker, synker også volumet. Denne sammenhengen er kjent som Charles' lov. Matematisk sett er den skrevet som følger:

Volum ∝ Temperatur → Konstant trykk

V ∝ T → P konstant

Charles' lov kan også skrives slik:

Betydningen av ligning 1 er at ved konstant trykk (P), hvis den absolutte temperaturen (T) til gassen endres, endres også volumet (V) til gassen, slik at sammenligningsresultatet mellom absolutt temperatur og volum alltid er konstant. Hvis den absolutte temperaturen til gassen øker, øker også volumet til gassen, eller omvendt, hvis den absolutte temperaturen til gassen synker, synker også volumet til gassen, slik at sammenligningen mellom temperatur og volum alltid er konstant. Det som menes med absolutt temperatur til en gass er temperaturen til gassen uttrykt på Kelvin-skalaen. Hvis temperaturen fortsatt er på Celsius-skalaen, konverter den først til Kelvin-skalaen.

Gay-Lussacs lov

Joseph Gay-Lussac (1778–1850) utførte et eksperiment og oppdaget at hvis volumet av en gass holdes konstant, øker også den absolutte temperaturen til gassen når gasstrykket øker. På samme måte, når gasstrykket synker, synker også den absolutte temperaturen til gassen. Ved konstant volum er gasstrykket direkte proporsjonalt med den absolutte temperaturen til gassen. Dette forholdet kalles Gay-Lussacs lov. Matematisk:

Trykk ∝ Temperatur → Konstant volum

P ∝ T → V konstant

Gay-Lussacs lov kan også skrives slik:

Betydningen av ligning 1 er at ved konstant volum (V), hvis trykket (P) til gassen endres, endres også den absolutte temperaturen (T) til gassen, slik at sammenligningsresultatet mellom trykk og absolutt temperatur er konstant. Med andre ord, hvis gasstrykket øker, øker også den absolutte temperaturen til gassen, eller omvendt, hvis gasstrykket synker, synker også den absolutte temperaturen til gassen, slik at sammenligningen mellom trykk og temperatur alltid er konstant.

Med absolutt temperatur i en gass menes temperaturen til gassen uttrykt på Kelvin-skalaen. Hvis temperaturen fortsatt er på Celsius-skalaen, må du først konvertere den til Kelvin-skalaen.

Det er viktig å merke seg at Boyles lov, Charles' lov og Gay-Lussacs lov gir nøyaktige resultater hvis gasstrykket og tettheten ikke er for høy. Videre gjelder disse tre lovene bare for gasser med temperaturer som ikke er nær kokepunktet.

Basert på dette faktum kan det konkluderes med at Boyles lov, Charles' lov og Gay-Lussacs lov ikke kan anvendes på alle gassforhold. Fordi de ikke kan anvendes på alle reelle gassforhold, trenger vi konseptet med en ideell gass, eller en perfekt gass. Denne ideelle gassen eksisterer ikke i hverdagen. En ideell gass er bare en ideell modell, i likhet med konseptene med et stivt legeme og en ideell væske. Derfor antar vi at de tre gasslovene ovenfor gjelder under alle ideelle gassforhold.

Når man løser gasslovproblemer, må temperaturen uttrykkes på Kelvin-skalaen. Hvis gasstrykket fortsatt er et måletrykk, må man først konvertere det til absolutt trykk. Absolutt trykk = atmosfæretrykk + overtrykk r.