Artikkel Boyles lov, Charles' lov, Gay-Lussacs lov
Boyles lov
Robert Boyle (1627–1691) utførte eksperimenter for å undersøke det kvantitative forholdet mellom gasstrykk og volum. Dette eksperimentet utføres ved å sette en viss mengde gass inn i en lukket beholder. Inntil en ganske god tilnærming fant han ut at hvis gasstemperaturen ble holdt konstant, så reduserte gassvolumet når gasstrykket økte. På samme måte øker gassvolumet når gasstrykket synker. Gasstrykket er omvendt proporsjonalt med gassvolumet. Dette forholdet er kjent som Boyles lov. Matematisk sett:
Boyles lov kan også skrives:
PV = konstant → ligning 1
P1V1 = P2V2 → ligning 2
Betydningen av ligning 1 er ved konstant temperatur (T), hvis trykket (P) til gassen endres, så endres også volumet (V) til gassen,
slik at resultatene av multiplikasjonen mellom trykk og volum alltid er konstante. Hvis gasstrykket øker, reduseres gassvolumet, eller omvendt, hvis gasstrykket synker, øker gassvolumet, slik at multiplikasjonen mellom trykk og volum alltid er konstant.
Grafen som viser forholdet mellom volum og trykk ser ut som på bildet nedenfor. Basert på resultatene fra eksperimentet fant Robert Boyle at gassvolumet endrer seg uregelmessig slik at linjene i grafen virker buede. Trykket som er avbildet på grafen er absolutt trykk.
Charles lov
Hundre år etter at Robert Boyle oppdaget forholdet mellom volum og trykk, undersøkte en fransk vitenskapsmann ved navn Jacques Charles (1746–1823) forholdet mellom temperatur og gassvolum. Basert på resultatene fra eksperimentet fant han ut at når gasstrykket alltid er konstant, øker også gassvolumet når gasstemperaturen øker. Omvendt, når gasstemperaturen synker, synker også gassvolumet.
Endringer i gassvolum på grunn av temperaturendringer skjer regelmessig, slik at linjene på denne grafen vises rette. Hvis linjene på grafen vises til temperaturen er lavere, vil linjen skjære aksen rundt -273 ° C.
Basert på mange eksperimenter som er utført, ble det funnet at selv om størrelsen på volumendringen til hver gass varierer,
Når linjene på VT-diagrammet tegnes til en lavere temperatur, skjærer linjen alltid aksen rundt -273 o C. Vi kan si at hvis gassen avkjøles til -273 o C, så er gassvolumet = 0. Hvis gassen avkjøles igjen til temperaturen er under -273 o C, vil gassvolumet være negativt, noe som er umulig.
Så -273 oC er den laveste temperaturen som kan oppnås. Fordi linjen skjærer aksen rundt -273 oC i henhold til avtalen er det bestemt at den laveste temperaturen som kan oppnås er -273.15 oC. -273.15 oC kalles absolutt nullpunkttemperatur og brukes som en absolutt skalareferanse, også kjent som Kelvin-skalaen. Kelvin er navnet til Lord Kelvin (1824–1907), britisk fysiker. På denne skalaen uttrykkes temperaturen i Kelvin (K), ikke Kelvin (oK) grader. Avstanden mellom gradene er den samme som på celsiusskalaen. 0 K = -273.15 oC og 273.15 K = 0 oC.
Temperaturen på Celsius-skalaen kan konverteres til en Kelvin-skala ved å legge til 273.15, temperaturen på Kelvin-skalaen kan konverteres til en Celsius-skala ved å redusere 273.15. Matematisk:
T(K) = T( oC ) + 273.15
T ( oC ) = T(K) – 273.15
T = Temperatur
K = Kelvin
C = Celsius
Hvis temperaturen uttrykkes på en Kelvin-skala, vil diagrammet ovenfor se ut som bildet nedenfor.
Basert på denne grafen kan man konkludere med at ved et fast trykk er gassvolumet alltid direkte proporsjonalt med gassens absolutte temperatur. Hvis gassens absolutte temperatur øker, øker også gassvolumet. Hvis gassens absolutte temperatur derimot synker, synker også gassvolumet. Dette forholdet er kjent som Charles' lov. Matematisk sett:
Volum α Temperatur → Konstant trykk
V α T → P konstant
Betydningen av ligning 1 er at ved konstant trykk (P), hvis den absolutte temperaturen (T) endres, så endres også volumet (V) av gassen, slik at forholdet mellom absolutt temperatur og volum alltid er konstant. Hvis den absolutte temperaturen til gassen øker, øker også volumet av gassen, eller omvendt hvis den absolutte temperaturen til gassen synker.
Gassens volum avtar også, slik at forholdet mellom temperatur og volum alltid er konstant. Gassens absolutte temperatur er temperaturen på gassen, som angis på Kelvin-skalaen. Hvis temperaturen fortsatt er på Celsius-skalaen, endrer du den først til Kelvin-skalaen.
Gay-Lussacs lov
Joseph Gay-Lussac (1778–1850) eksperimenterte og fant ut at hvis gassvolumet settes konstant, øker den absolutte temperaturen til gassen når gasstrykket øker. På samme måte, når gasstrykket synker, synker 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 sett:
Trykk α Temperatur → Konstant volum
PαT → V er konstant
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 forholdet 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,
Den absolutte temperaturen til gassen synker også, slik at forholdet mellom trykk og temperatur alltid er konstant.
Gassens absolutte temperatur er temperaturen på gassen, som er angitt på Kelvin-skalaen. Hvis temperaturen fortsatt er på Celsius-skalaen, endrer du den først til Kelvin-skalaen.
Vær oppmerksom på at Boyles lov, Charles' lov og Gay-Lussacs lov gir nøyaktige resultater når trykket og tettheten til gassen ikke er for betydelige. Videre gjelder de tre lovene også bare for gasser med en temperatur som ikke er i nærheten av 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 den ikke kan referere til alle reelle gassforhold, trenger vi idealgasskonseptet. Denne idealgassen eksisterer ikke i hverdagen. Idealgassen er bare en idealmodell, lik det ideelle stive og fluide konseptet. Så vi antar at de tre gasslovene ovenfor gjelder under alle ideelle gassforhold.
Når man løser gasslovproblemer, må temperaturen angis på en Kelvin-skala. Hvis gasstrykket fortsatt er i form av måletrykk, endres det først til absolutt trykk. Absolutt trykk = atmosfæretrykk + måletrykk
