బాయిల్స్ చట్టం చార్లెస్ చట్టం గే-లుసాక్స్ చట్టం

వ్యాసం బోయిల్ నియమం, చార్లెస్ నియమం, గే-లుస్సాక్ నియమం

బోయిల్ నియమం

రాబర్ట్ బాయిల్ (1627-1691) వాయు పీడనం మరియు ఘనపరిమాణం మధ్య పరిమాణాత్మక సంబంధాన్ని పరిశోధించడానికి ప్రయోగాలు నిర్వహించారు. ఈ ప్రయోగాన్ని ఒక మూసివున్న పాత్రలోకి కొంత పరిమాణంలో వాయువును ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా నిర్వహిస్తారు. ఒక మంచి పద్ధతి ద్వారా, వాయు ఉష్ణోగ్రతను స్థిరంగా ఉంచినప్పుడు, వాయు పీడనం పెరిగితే వాయు ఘనపరిమాణం తగ్గుతుందని ఆయన కనుగొన్నారు. అదేవిధంగా, వాయు పీడనం తగ్గితే, వాయు ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది. వాయు పీడనం వాయు ఘనపరిమాణానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. ఈ సంబంధాన్ని బాయిల్ నియమం అని అంటారు. గణితశాస్త్రపరంగా:

బోయల్ నియమాన్ని ఈ విధంగా కూడా వ్రాయవచ్చు:

PV = స్థిరాంకం → సమీకరణం 1

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂ → సమీకరణం 2

సమీకరణం 1 యొక్క అర్థం ఏమిటంటే, స్థిర ఉష్ణోగ్రత (T) వద్ద వాయువు యొక్క పీడనం (P) మారితే, వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం (V) కూడా మారుతుంది.

అందువల్ల పీడనం మరియు ఘనపరిమాణం మధ్య గుణకారం యొక్క ఫలితాలు ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటాయి. వాయు పీడనం పెరిగితే వాయు ఘనపరిమాణం తగ్గుతుంది లేదా దీనికి విరుద్ధంగా వాయు పీడనం తగ్గితే వాయు ఘనపరిమాణం పెరుగుతుంది, కాబట్టి పీడనం మరియు ఘనపరిమాణం మధ్య గుణకారం ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది.

ఘనపరిమాణం మరియు పీడనం మధ్య సంబంధాన్ని తెలిపే గ్రాఫ్ క్రింది చిత్రంలో చూపిన విధంగా ఉంటుంది. ప్రయోగ ఫలితాల ఆధారంగా, వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం క్రమరహితంగా మారుతుందని, అందువల్ల గ్రాఫ్‌లోని గీతలు వక్రంగా కనిపిస్తాయని రాబర్ట్ బాయిల్ కనుగొన్నారు. గ్రాఫ్‌లో చూపిన పీడనం సంపూర్ణ పీడనం.

చార్లెస్ చట్టం

రాబర్ట్ బాయిల్ ఘనపరిమాణం మరియు పీడనం మధ్య సంబంధాన్ని కనుగొన్న వంద సంవత్సరాల తరువాత, జాక్వెస్ చార్లెస్ (1746-1823) అనే ఫ్రెంచ్ శాస్త్రవేత్త ఉష్ణోగ్రత మరియు వాయు ఘనపరిమాణం మధ్య సంబంధాన్ని పరిశోధించారు. ప్రయోగ ఫలితాల ఆధారంగా, వాయు పీడనం ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉన్నప్పుడు, వాయు ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే వాయు ఘనపరిమాణం కూడా పెరుగుతుందని ఆయన కనుగొన్నారు. దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు, వాయు ఘనపరిమాణం కూడా తగ్గుతుంది.

ఉష్ణోగ్రతలో మార్పుల కారణంగా వాయు పరిమాణంలో మార్పులు క్రమంగా సంభవిస్తాయి, అందువల్ల ఈ గ్రాఫ్‌లోని గీతలు నిటారుగా కనిపిస్తాయి. ఒకవేళ గ్రాఫ్‌లోని గీతలను ఉష్ణోగ్రత ఇంకా తక్కువయ్యే వరకు గీస్తే, అప్పుడు ఆ గీత అక్షాన్ని సుమారుగా -273 ^° C వద్ద ఖండిస్తుంది.

నిర్వహించిన అనేక ప్రయోగాల ఆధారంగా, ప్రతి వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణంలో మార్పు పరిమాణం వేర్వేరుగా ఉన్నప్పటికీ,

VT చార్టులో గీతలను తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వైపు గీసినప్పుడు, ఆ గీత ఎల్లప్పుడూ అక్షాన్ని సుమారు -273 ^{° C వద్ద ఖండిస్తుంది. వాయువును -273 °} C వరకు చల్లబరిస్తే , వాయువు ఘనపరిమాణం = 0 అని మనం చెప్పవచ్చు. ఒకవేళ వాయువును మళ్ళీ ఉష్ణోగ్రత -273 ^° C కంటే తక్కువకు వచ్చే వరకు చల్లబరిస్తే, అప్పుడు వాయువు ఘనపరిమాణం రుణాత్మకంగా ఉంటుంది, ఇది అసాధ్యమైన విషయం.

కాబట్టి -273 ^oC అనేది సాధించగల అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రత. ఎందుకంటే ఆ రేఖ అక్షాన్ని సుమారుగా -273 వద్ద ఖండిస్తుంది. ^oఒప్పందం ప్రకారం, సాధించగల అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రత -273.15°C గా నిర్ధారించబడింది. ^oసి. -273.15 ^oC ని పరమ శూన్య ఉష్ణోగ్రత అని అంటారు మరియు దీనిని ఒక సంపూర్ణ స్కేల్ సూచనగా, అంటే కెల్విన్ స్కేల్‌గా ఉపయోగిస్తారు. కెల్విన్ అనేది బ్రిటిష్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త అయిన లార్డ్ కెల్విన్ (1824-1907) పేరు. ఈ స్కేల్‌లో, ఉష్ణోగ్రతను కెల్విన్ (K) లో వ్యక్తపరుస్తారు, కెల్విన్ (^oK) డిగ్రీలు. డిగ్రీల మధ్య దూరం సెంటిగ్రేడ్ స్కేలులో ఉన్నట్లే ఉంటుంది. 0 K = -273.15 ^oC మరియు 273.15 K = 0 ^oC.

సెల్సియస్ స్కేలులోని ఉష్ణోగ్రతను 273.15 కలపడం ద్వారా కెల్విన్ స్కేలులోకి మార్చవచ్చు, అలాగే కెల్విన్ స్కేలులోని ఉష్ణోగ్రతను 273.15 తగ్గించడం ద్వారా సెల్సియస్ స్కేలులోకి మార్చవచ్చు. గణితశాస్త్రపరంగా:

T (K) = T ( ^o C) + 273.15

T ( ^o C) = T (K) – 273.15

T = ఉష్ణోగ్రత

K = కెల్విన్

C = సెల్సియస్

ఉష్ణోగ్రతను కెల్విన్ స్కేలులో వ్యక్తపరిస్తే, పైన ఉన్న చార్ట్ క్రింది చిత్రంలో ఉన్నట్లుగా కనిపిస్తుంది.

ఈ గ్రాఫ్ ఆధారంగా, ఒక స్థిర పీడనం వద్ద వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం ఎల్లప్పుడూ దాని పరమ ఉష్ణోగ్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని నిర్ధారించవచ్చు. వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే, దాని ఘనపరిమాణం కూడా పెరుగుతుంది, దీనికి విరుద్ధంగా, వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత తగ్గితే, దాని ఘనపరిమాణం కూడా తగ్గుతుంది. ఈ సంబంధాన్ని చార్లెస్ నియమం అంటారు. గణితశాస్త్రపరంగా:

ఘనపరిమాణం α ఉష్ణోగ్రత → స్థిర పీడనం

V α T → P స్థిరాంకం

సమీకరణం 1 యొక్క అర్థం ఏమిటంటే, స్థిర పీడనం (P) వద్ద పరమ ఉష్ణోగ్రత (T) మారితే, వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం (V) కూడా మారుతుంది, తద్వారా పరమ ఉష్ణోగ్రత మరియు ఘనపరిమాణం మధ్య నిష్పత్తి ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది. వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత పెరిగితే, వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం కూడా పెరుగుతుంది లేదా దీనికి విరుద్ధంగా వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత తగ్గితే,

వాయువు యొక్క ఘనపరిమాణం కూడా తగ్గుతుంది, కాబట్టి ఉష్ణోగ్రత మరియు ఘనపరిమాణం మధ్య నిష్పత్తి ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది. వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత అనేది వాయువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత, దీనిని కెల్విన్ స్కేలులో సూచిస్తారు. ఒకవేళ ఉష్ణోగ్రత ఇంకా సెల్సియస్ స్కేలులోనే ఉంటే, ముందుగా దానిని కెల్విన్ స్కేలులోకి మార్చండి.

గే-లుస్సాక్ చట్టం

జోసెఫ్ గే-లుసాక్ (1778-1850) ప్రయోగాలు చేసి, వాయువు ఘనపరిమాణాన్ని స్థిరంగా ఉంచినప్పుడు, వాయు పీడనం పెరిగితే వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుందని కనుగొన్నారు. అదేవిధంగా, వాయు పీడనం తగ్గితే, వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది. స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద, వాయు పీడనం వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. ఈ సంబంధాన్ని గే-లుసాక్ నియమం అంటారు. గణితశాస్త్రపరంగా:

పీడనం α ఉష్ణోగ్రత → స్థిర ఘనపరిమాణం

P α T → V స్థిరంగా ఉంటుంది

సమీకరణం 1 యొక్క అర్థం ఏమిటంటే, స్థిర ఘనపరిమాణం (V) వద్ద వాయువు యొక్క పీడనం (P) మారితే, వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత (T) కూడా మారుతుంది, తద్వారా పీడనం మరియు పరమ ఉష్ణోగ్రతల మధ్య నిష్పత్తి స్థిరంగా ఉంటుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, వాయు పీడనం పెరిగితే, వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత కూడా పెరుగుతుంది లేదా దీనికి విరుద్ధంగా వాయు పీడనం తగ్గితే, వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత కూడా పెరుగుతుంది.

వాయువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత కూడా తగ్గుతుంది, అందువల్ల పీడనం మరియు ఉష్ణోగ్రతల మధ్య నిష్పత్తి ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది.

వాయువు యొక్క సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత అనేది వాయువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత, దీనిని కెల్విన్ స్కేలులో సూచిస్తారు. ఒకవేళ ఉష్ణోగ్రత ఇంకా సెల్సియస్ స్కేలులోనే ఉంటే, ముందుగా దానిని కెల్విన్ స్కేలులోకి మార్చండి.

దయచేసి గమనించండి, వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రత మరీ ఎక్కువగా లేనప్పుడు బాయిల్ నియమం, చార్లెస్ నియమం మరియు గే-లుసాక్ నియమం ఖచ్చితమైన ఫలితాలను అందిస్తాయి. అంతేకాకుండా, ఈ మూడు నియమాలు కేవలం ఉష్ణోగ్రత మరుగు స్థానానికి దగ్గరగా లేని వాయువుకు మాత్రమే వర్తిస్తాయి.

ఈ వాస్తవం ఆధారంగా, బాయిల్ నియమం, చార్లెస్ నియమం మరియు గే-లుసాక్ నియమం అన్ని వాయు పరిస్థితులకు వర్తించవని నిర్ధారించవచ్చు. ఇది అన్ని వాస్తవ వాయు పరిస్థితులను సూచించలేనందున, మనకు ఆదర్శ వాయు భావన అవసరం. ఈ ఆదర్శ వాయువు నిత్య జీవితంలో ఉనికిలో లేదు. ఆదర్శ వాయువు అనేది ఆదర్శ దృఢ మరియు ద్రవ భావనల వలె కేవలం ఒక ఆదర్శ నమూనా మాత్రమే. కాబట్టి, పైన పేర్కొన్న మూడు వాయు నియమాలు అన్ని ఆదర్శ వాయు పరిస్థితులలో వర్తిస్తాయని మనం భావిస్తాము.

వాయు నియమ సమస్యలను పరిష్కరించేటప్పుడు, ఉష్ణోగ్రతను కెల్విన్ స్కేలులో పేర్కొనాలి. వాయు పీడనం ఇంకా కొలత పీడనం రూపంలో ఉంటే, ముందుగా దానిని సంపూర్ణ పీడనంగా మార్చండి. సంపూర్ణ పీడనం = వాతావరణ పీడనం + కొలత పీడనం