Článok Boyleov zákon, Charlesov zákon, Gay-Lussacov zákon
Boyleov zákon
Robert Boyle (1627-1691) vykonával experimenty na skúmanie kvantitatívneho vzťahu medzi tlakom plynu a objemom. Tento experiment sa vykonáva vložením určitého množstva plynu do uzavretej nádoby. Až kým nevypracoval celkom dobrý prístup, zistil, že ak sa teplota plynu udržiava konštantná, potom sa pri zvýšení tlaku plynu objem plynu znižuje. Podobne, keď sa tlak plynu znižuje, objem plynu sa zvyšuje. Tlak plynu je nepriamo úmerný objemu plynu. Tento vzťah je známy ako Boyleov zákon. Matematicky:
Boyleov zákon možno zapísať aj takto:
PV = konštanta → rovnica 1
P1V1 = P2V2 → rovnica 2
Význam rovnice 1 je taký, že pri konštantnej teplote (T) ak sa zmení tlak (P) plynu, zmení sa aj objem (V) plynu,
takže výsledky násobenia tlaku a objemu sú vždy konštantné. Ak sa tlak plynu zvyšuje, objem plynu sa znižuje alebo naopak, ak sa tlak plynu znižuje, objem plynu sa zvyšuje, takže násobenie tlaku a objemu je vždy konštantné.
Graf, ktorý znázorňuje vzťah medzi objemom a tlakom, vyzerá ako na obrázku nižšie. Na základe výsledkov experimentu Robert Boyle zistil, že objem plynu sa mení nepravidelne, takže čiary v grafe sa javia ako zakrivené. Tlak zobrazený v grafe je absolútny tlak.
Charlesov zákon
Sto rokov po tom, čo Robert Boyle objavil vzťah medzi objemom a tlakom, francúzsky vedec Jacques Charles (1746-1823) skúmal vzťah medzi teplotou a objemom plynu. Na základe výsledkov experimentu zistil, že keď je tlak plynu stále konštantný, potom sa so zvyšujúcou sa teplotou plynu zväčšuje aj objem plynu. Naopak, keď sa teplota plynu znižuje, objem plynu sa tiež zmenšuje.
Zmeny objemu plynu v dôsledku zmien teploty sa vyskytujú pravidelne, takže čiary na tomto grafe sa javia ako rovné. Ak sú čiary na grafe znázornené, kým teplota neklesne, potom čiara pretína os okolo -273 ° C.
Na základe mnohých vykonaných experimentov sa zistilo, že hoci sa veľkosť zmeny objemu každého plynu mení,
Keď sú čiary na grafe VT nakreslené k nižšej teplote, čiara vždy pretína os okolo -273 ° C. Môžeme povedať, že ak sa plyn ochladí na -273 ° C, potom objem plynu = 0. Ak sa plyn opäť ochladí, kým teplota neklesne pod -273 ° C, potom bude objem plynu záporný, čo je nemožné.
Takže -273 oC je najnižšia dosiahnuteľná teplota. Pretože priamka pretína os okolo -273 oC podľa dohody je stanovené, že najnižšia dosiahnuteľná teplota je -273.15 oC. -273.15 o°C sa nazýva absolútna nula a používa sa ako referenčná hodnota absolútnej stupnice, známa aj ako Kelvinova stupnica. Kelvin je meno lorda Kelvina (1824 – 1907), britského fyzika. Na tejto stupnici sa teplota vyjadruje v Kelvinoch (K), nie v Kelvinoch (oK) stupňov. Vzdialenosť medzi stupňami je rovnaká ako v stupnici Celzia. 0 K = -273.15 oC a 273.15 K = 0 oC.
Teplotu na Celziovej stupnici možno previesť na Kelvinovu stupnicu pripočítaním 273.15, teplotu na Kelvinovej stupnici možno previesť na Celziovu stupnicu znížením 273.15. Matematicky:
T(K) = T( ° C) + 273.15
T ( ° C) = T(K) – 273.15
T = Teplota
K = Kelvin
C = Celzius
Ak je teplota vyjadrená v Kelvinovej stupnici, graf vyššie bude vyzerať ako na obrázku nižšie.
Na základe tohto grafu možno usudzovať, že pri konštantnom tlaku je objem plynu vždy priamo úmerný absolútnej teplote plynu. Ak sa absolútna teplota plynu zvyšuje, objem plynu sa tiež zvyšuje, naopak, ak sa absolútna teplota plynu znižuje, objem plynu sa tiež znižuje. Tento vzťah je známy ako Charlesov zákon. Matematicky:
Objem α Teplota → Konštantný tlak
V α T → P konštanta
Význam rovnice 1 je taký, že pri konštantnom tlaku (P) ak sa mení absolútna teplota (T), mení sa aj objem (V) plynu, takže pomer medzi absolútnou teplotou a objemom je vždy konštantný. Ak sa absolútna teplota plynu zvyšuje, zvyšuje sa aj objem plynu, alebo naopak, ak sa absolútna teplota plynu znižuje,
Objem plynu sa tiež zmenšuje, takže pomer medzi teplotou a objemom je vždy konštantný. Absolútna teplota plynu je teplota plynu, ktorá sa udáva na Kelvinovej stupnici. Ak je teplota stále v Celziových stupniciach, potom ju najprv zmeňte na Kelvinovu stupnicu.
Gay-Lussacov zákon
Joseph Gay-Lussac (1778-1850) experimentoval a zistil, že ak je objem plynu konštantný, pri zvyšovaní tlaku plynu sa zvyšuje jeho absolútna teplota. Podobne, keď tlak plynu klesá, absolútna teplota plynu klesá. Pri konštantnom objeme je tlak plynu priamo úmerný absolútnej teplote plynu. Tento vzťah sa nazýva Gay-Lussacov zákon. Matematicky:
Tlak α Teplota → Konštantný objem
P α T → V je konštantné
Význam rovnice 1 je taký, že pri konštantnom objeme (V), ak sa mení tlak (P) plynu, mení sa aj absolútna teplota (T) plynu, takže pomer medzi tlakom a absolútnou teplotou je konštantný. Inými slovami, ak sa tlak plynu zvyšuje, zvyšuje sa aj absolútna teplota plynu, alebo naopak, ak sa tlak plynu znižuje,
Absolútna teplota plynu tiež klesá, takže pomer medzi tlakom a teplotou je vždy konštantný.
Absolútna teplota plynu je teplota plynu, ktorá je uvedená na Kelvinovej stupnici. Ak je teplota stále v Celziových stupniciach, najprv ju prepočítajte na Kelvinovu stupnicu.
Upozorňujeme, že Boyleov zákon, Charlesov zákon a Gay-Lussacov zákon poskytujú presné výsledky, keď tlak a hustota plynu nie sú príliš významné. Okrem toho tieto tri zákony platia iba pre plyn, ktorého teplota nie je blízko bodu varu.
Na základe tejto skutočnosti možno vyvodiť záver, že Boyleov zákon, Charlesov zákon a Gay-Lussacov zákon nemožno aplikovať na všetky plynné podmienky. Keďže sa nemôžu vzťahovať na všetky reálne plynné podmienky, potrebujeme koncept ideálneho plynu. Tento ideálny plyn v každodennom živote neexistuje. Ideálny plyn je len ideálny model, podobný konceptu ideálneho tuhého a tekutého plynu. Predpokladáme teda, že tri vyššie uvedené plynové zákony platia pre všetky ideálne plynné podmienky.
Pri riešení úloh o plynoch musí byť teplota udávaná v Kelvinovej stupnici. Ak je tlak plynu stále vo forme meracieho tlaku, najprv ho zmeňte na absolútny tlak. Absolútny tlak = atmosférický tlak + merací tlak
