Бојлов закон, Шарлов закон и Г. Лусаков закон

Бојлов закон, Шарлов закон и Г. Лусаков закон

Бојлов закон

Роберт Боиле (1627–1691) је спроводио експерименте како би истражио квантитативни однос између притиска гаса и запремине. Овај експеримент је укључивао стављање одређене количине гаса у затворену посуду. Са прилично добром апроксимацијом, открио је да ако се температура гаса одржава константном, онда се, како се притисак гаса повећава, запремина гаса смањује. Слично, када се притисак гаса смањује, запремина гаса се повећава. Притисак гаса је обрнуто пропорционалан запремини гаса. Овај однос је познат као Бојлов законМатематички:

Бојлов закон се такође може написати као:

PV = константа → једначина 1

P₁ V₁ = П₂ V₂ → једначина 2

Значење једначине 1 је да на константној температури (Т), ако се притисак (П) гаса мења, мења се и запремина (В) гаса тако да је производ притиска и запремине увек константан. Ако се притисак гаса повећава, запремина гаса се смањује или обрнуто, ако се притисак гаса смањује, запремина гаса се повећава, тако да је производ притиска и запремине увек константан.

График који приказује везу између запремине и притиска изгледа као онај испод. На основу својих експеримената, Роберт Бојл је открио да се запремина гаса мења неправилно, што узрокује да линија на графикону изгледа закривљено. Притисак приказан на графикону је апсолутни притисак, а не манометарски притисак.

Чарлсов закон

Сто година након што је Роберт Бојл открио везу између запремине и притиска, француски научник Жак Шарл (1746–1823) истраживао је везу између температуре и запремине гаса. На основу својих експеримената, открио је да ако притисак гаса остане константан, онда се, како температура гаса расте, повећава и запремина. Насупрот томе, како се температура гаса смањује, смањује се и запремина.

Промене запремине гаса услед промена температуре се дешавају редовно, тако да линија на овом графику изгледа праволинијски. Ако би линија на графику била нацртана на нижим температурама, секла би осу на приближно -273°C. ^oC.

На основу многих спроведених експеримената, утврђено је да иако је величина промене запремине за сваки гас различита, када се линија на V-T графику нацрта на нижој температури, линија увек сече осу на око -273°C. ^oC. Можемо рећи да ако се гас охлади на -273 ^oC онда је запремина гаса = 0. Ако се гас поново охлади док температура не падне испод -273 ^oC тада ће запремина гаса бити негативна, што је немогуће.

Дакле, ‐273 ^oЦелзијус је најнижа температура која се може достићи. Пошто линија сече осу на око -273 ^oC, затим је, према међусобном договору, утврђено да је најнижа температура која се може постићи -273,15 ^oЦ. -273,15 ^oЦелзијум се назива апсолутна нула температуре и користи се као референца за апсолутну скалу, познату и као Келвинова скала. Келвин је добио име по лорду Келвину (1824–1907), британском физичару. На овој скали, температура се изражава у Келвинима (K), а не у степенима Келвина (^oK). Растојање између степени је исто као на Целзијусовој скали. 0 K = -273,15 ^oC и 273,15 K = 0 ^oC.

Температура у Целзијусовим степеновима може се претворити у Келвинове степене додавањем 273,15, температура у Келвиновим степеновима може се претворити у Целзијусове степене одузимањем 273,15. Математички:

Т (К) = Т (^oЦ) + 273,15

Т (^oЦ) = Т (К) - 273,15

Информације:

Т = Температура

К = Келвин

C = Целзијус

Ако је температура изражена у Келвиновој скали, онда ће графикон изнад изгледати као на слици испод.

На основу овог графика може се закључити да је при константном притиску запремина гаса увек директно пропорционална апсолутној температури. Ако се апсолутна температура гаса повећава, запремина се такође повећава; обрнуто, ако се апсолутна температура гаса смањује, запремина се такође смањује. Ова веза је позната као Шарлов закон. Математички, записује се на следећи начин:

Запремина ∝ Температура → Константан притисак

V ∝ T → P константа

Чарлсов закон се може написати и овако:

Значење једначине 1 је да при константном притиску (P), ако се апсолутна температура (T) гаса мења, запремина (V) гаса се такође мења тако да је резултат поређења између апсолутне температуре и запремине увек константан. Ако се апсолутна температура гаса повећава, запремина гаса се такође повећава, или обрнуто, ако се апсолутна температура гаса смањује, запремина гаса се такође смањује, тако да је поређење температуре и запремине увек константно. Под апсолутном температуром гаса се подразумева температура гаса изражена на Келвиновој скали. Ако је температура и даље на Целзијусовој скали, прво је претворите у Келвинову скалу.

Геј-Лисаков закон

Жозеф Геј-Лисак (1778–1850) је спровео експеримент и открио да ако се запремина гаса одржава константном, како се притисак гаса повећава, апсолутна температура гаса се такође повећава. Супротно томе, како се притисак гаса смањује, апсолутна температура гаса се такође смањује. При константној запремини, притисак гаса је директно пропорционалан апсолутној температури гаса. Ова веза се назива Геј-Лисаков закон. Математички:

Притисак ∝ Температура → Константна запремина

P ∝ T → V константа

Геј-Лисаков закон се може написати и овако:

Значење једначине 1 је да при константној запремини (V), ако се притисак (P) гаса мења, мења се и апсолутна температура (T) гаса тако да је резултат поређења између притиска и апсолутне температуре константан. Другим речима, ако се притисак гаса повећава, апсолутна температура гаса се такође повећава, или обрнуто, ако се притисак гаса смањује, апсолутна температура гаса се такође смањује, тако да је поређење између притиска и температуре увек константно.

Под апсолутном температуром гаса подразумева се температура гаса изражена на Келвиновој скали. Ако је температура и даље на Целзијусовој скали, прво је претворите у Келвинову скалу.

Важно је напоменути да Бојлов закон, Шарлов закон и Геј-Лисаков закон дају тачне резултате ако притисак и густина гаса нису превисоки. Штавише, ова три закона важе само за гасове чије температуре нису близу њихове тачке кључања.

На основу ове чињенице, може се закључити да се Бојлов закон, Шарлов закон и Геј-Лисаков закон не могу применити на сва гасна стања. Пошто се не могу применити на сва реална гасна стања, потребан нам је концепт идеалног гаса, или савршеног гаса. Овај идеални гас не постоји у свакодневном животу. Идеалан гас је само идеалан модел, сличан концептима крутог тела и идеалног флуида. Стога, претпостављамо да се три горе наведена гасна закона примењују под свим идеалним гасним условима.

Приликом решавања проблема из области гасне регулативе, температура мора бити изражена на Келвиновој скали. Ако је притисак гаса и даље мерни притисак, прво га претворите у апсолутни притисак. Апсолутни притисак = атмосферски притисак + барометарски притисакr.