Ligji i Boyle-it, Ligji i Charles-it dhe Ligji i G. Lussac-ut

Ligji i Boyle-it, Ligji i Charles-it dhe Ligji i G. Lussac-ut

Ligji i Boyle-it

Robert Boyle (1627–1691) kreu eksperimente për të hetuar marrëdhënien sasiore midis presionit dhe vëllimit të gazit. Ky eksperiment përfshinte vendosjen e një sasie specifike gazi në një enë të mbyllur. Me një përafrim mjaft të mirë, ai zbuloi se nëse temperatura e gazit mbahet konstante, atëherë ndërsa presioni i gazit rritet, vëllimi i gazit zvogëlohet. Anasjelltas, ndërsa presioni i gazit zvogëlohet, vëllimi i gazit rritet. Presioni i gazit është në përpjesëtim të zhdrejtë me vëllimin e gazit. Kjo marrëdhënie njihet si Ligji i Boyle-it . Matematikisht:

Ligji i Boyle mund të shkruhet edhe si:

PV = konstante → ekuacioni 1

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂ → ekuacioni 2

Kuptimi i ekuacionit 1 është se në një temperaturë konstante (T), nëse presioni (P) i gazit ndryshon, edhe vëllimi (V) i gazit ndryshon në mënyrë që prodhimi i presionit dhe vëllimit të jetë gjithmonë konstant. Nëse presioni i gazit rritet, vëllimi i gazit zvogëlohet ose anasjelltas, nëse presioni i gazit zvogëlohet, vëllimi i gazit rritet, në mënyrë që prodhimi i presionit dhe vëllimit të jetë gjithmonë konstant.

Një grafik që tregon marrëdhënien midis vëllimit dhe presionit duket si ai më poshtë. Bazuar në eksperimentet e tij, Robert Boyle zbuloi se vëllimi i gazit ndryshon në mënyrë të parregullt, duke bërë që vija në grafik të duket e lakuar. Presioni i përshkruar në grafik është presioni absolut, jo presioni matës.

Ligji i Çarlsit

Njëqind vjet pasi Robert Boyle zbuloi marrëdhënien midis vëllimit dhe presionit, shkencëtari francez Jacques Charles (1746–1823) hetoi marrëdhënien midis temperaturës dhe vëllimit të gazit. Bazuar në eksperimentet e tij, ai zbuloi se nëse presioni i gazit mbetet konstant, atëherë ndërsa temperatura e gazit rritet, rritet edhe vëllimi. Anasjelltas, ndërsa temperatura e gazit ulet, zvogëlohet edhe vëllimi.

Ndryshimet në vëllimin e gazit për shkak të ndryshimeve të temperaturës ndodhin rregullisht, kështu që vija në këtë grafik duket e drejtë. Nëse vija në grafik do të vizatohej në temperatura më të ulëta, ajo do të priste boshtin në rreth -273 ^° C.

Bazuar në shumë eksperimente që janë kryer, u zbulua se megjithëse madhësia e ndryshimit të vëllimit të secilit gaz është e ndryshme, por kur vija në grafikun V-T vizatohet në një temperaturë më të ulët, vija gjithmonë e pret boshtin rreth -273 ^o C. Mund të themi se nëse gazi ftohet në -273 ^o C, vëllimi i gazit = 0. Nëse gazi ftohet përsëri derisa temperatura e tij të jetë nën -273 ^o C, vëllimi i gazit do të ketë një vlerë negative, diçka që është e pamundur.

Pra, ‐273 ^oC është temperatura më e ulët që mund të arrihet. Sepse vija kryqëzon boshtin rreth -273 ^oC atëherë sipas marrëveshjes së ndërsjellë, u përcaktua se temperatura më e ulët që mund të arrihej ishte -273,15 ^oC. ‐273,15 ^oC quhet temperaturë absolute zero dhe përdoret si referencë për shkallën absolute, e njohur edhe si shkalla Kelvin. Kelvini është emëruar sipas Lord Kelvin (1824–1907), një fizikan britanik. Në këtë shkallë, temperatura shprehet në Kelvin (K), jo në gradë Kelvin (^oK). Distanca midis gradëve është e njëjtë me atë në shkallën Celsius. 0 K = -273,15 ^oC dhe 273,15 K = 0 ^oC.

Temperatura në shkallën Celsius mund të konvertohet në shkallën Kelvin duke shtuar 273,15, temperatura në shkallën Kelvin mund të konvertohet në shkallën Celsius duke zbritur 273,15. Matematikisht:

T (K) = T ( ^° C) + 273,15

T ( ^o C) = T (K) ‐ 273,15

Informacion:

T = Temperatura

K = Kelvin

C = Celsius

Nëse temperatura shprehet në shkallën Kelvin, atëherë grafiku i mësipërm do të duket si imazhi më poshtë.

Bazuar në këtë grafik, mund të konkludohet se në presion konstant, vëllimi i gazit është gjithmonë drejtpërdrejt proporcional me temperaturën absolute. Nëse temperatura absolute e një gazi rritet, edhe vëllimi rritet; anasjelltas, nëse temperatura absolute e një gazi ulet, edhe vëllimi zvogëlohet. Kjo marrëdhënie njihet si ligji i Çarlsit. Matematikisht, shkruhet si më poshtë:

Vëllimi ∝ Temperatura → Presion konstant

V ∝ T → P konstante

Ligji i Çarlsit mund të shkruhet edhe kështu:

Kuptimi i ekuacionit 1 është se në presion konstant (P), nëse temperatura absolute (T) e gazit ndryshon, edhe vëllimi (V) i gazit ndryshon në mënyrë që rezultati i krahasimit midis temperaturës absolute dhe vëllimit të jetë gjithmonë konstant. Nëse temperatura absolute e gazit rritet, edhe vëllimi i gazit rritet, ose anasjelltas, nëse temperatura absolute e gazit ulet, edhe vëllimi i gazit zvogëlohet, në mënyrë që krahasimi midis temperaturës dhe vëllimit të jetë gjithmonë konstant. Ajo që nënkuptohet me temperaturë absolute të një gazi është temperatura e gazit e shprehur në shkallën Kelvin. Nëse temperatura është ende në shkallën Celsius, atëherë konvertojeni atë së pari në shkallën Kelvin.

Ligji i Gay-Lussac

Joseph Gay-Lussac (1778–1850) kreu një eksperiment dhe zbuloi se nëse vëllimi i një gazi mbahet konstant, ndërsa presioni i gazit rritet, rritet edhe temperatura absolute e gazit. Anasjelltas, ndërsa presioni i gazit ulet, ulet edhe temperatura absolute e gazit. Në vëllim konstant, presioni i gazit është drejtpërdrejt proporcional me temperaturën absolute të gazit. Kjo marrëdhënie quhet Ligji i Gay-Lussac. Matematikisht:

Presioni ∝ Temperatura → Vëllimi konstant

P ∝ T → V konstante

Ligji i Gay-Lussac mund të shkruhet edhe kështu:

Kuptimi i ekuacionit 1 është se në vëllim konstant (V), nëse presioni (P) i gazit ndryshon, temperatura absolute (T) e gazit gjithashtu ndryshon në mënyrë që rezultati i krahasimit midis presionit dhe temperaturës absolute të jetë konstant. Me fjalë të tjera, nëse presioni i gazit rritet, temperatura absolute e gazit gjithashtu rritet, ose anasjelltas, nëse presioni i gazit ulet, temperatura absolute e gazit gjithashtu ulet, në mënyrë që krahasimi midis presionit dhe temperaturës të jetë gjithmonë konstant.

Ajo që nënkuptohet me temperaturë absolute të një gazi është temperatura e gazit e shprehur në shkallën Kelvin. Nëse temperatura është ende në shkallën Celsius, atëherë konvertojeni atë së pari në shkallën Kelvin.

Është e rëndësishme të theksohet se ligji i Boyle-it, ligji i Charles-it dhe ligji i Gay-Lussac-ut japin rezultate të sakta nëse presioni dhe dendësia e gazit nuk janë shumë të larta. Për më tepër, këto tre ligje zbatohen vetëm për gazrat temperaturat e të cilëve nuk janë afër pikës së tyre të vlimit.

Bazuar në këtë fakt, mund të konkludohet se ligji i Boyle-it, ligji i Charles-it dhe ligji i Gay-Lussac-ut nuk mund të zbatohen në të gjitha kushtet e gazit. Meqenëse ato nuk mund të zbatohen në të gjitha kushtet reale të gazit, na duhet koncepti i një gazi ideal ose i një gazi të përsosur. Ky gaz ideal nuk ekziston në jetën e përditshme. Një gaz ideal është vetëm një model ideal, i ngjashëm me konceptet e një trupi të ngurtë dhe një lëngu ideal. Prandaj, supozojmë se tre ligjet e gazit të mësipërme zbatohen në të gjitha kushtet ideale të gazit.

Në zgjidhjen e problemeve të ligjit të gazeve, temperatura duhet të shprehet në shkallën Kelvin. Nëse presioni i gazit është ende një presion matës, shndërrojeni atë së pari në presion absolut. Presioni absolut = presioni atmosferik + presioni matës r.