Қонуни Бойл, Қонуни Чарлз ва Қонуни Г. Люссак
Қонуни Бойл
Роберт Бойл (1627–1691) таҷрибаҳоеро барои таҳқиқи робитаи миқдории байни фишори газ ва ҳаҷм анҷом дод. Ин таҷриба ҷойгир кардани миқдори муайяни газро дар зарфи пӯшида дар бар мегирифт. Ба таври тақрибии хуб, ӯ кашф кард, ки агар ҳарорати газ доимӣ нигоҳ дошта шавад, пас бо афзоиши фишори газ ҳаҷми газ кам мешавад. Ба ҳамин монанд, вақте ки фишори газ кам мешавад, ҳаҷми газ зиёд мешавад. Фишори газ ба ҳаҷми газ мутаносиби баръакс аст. Ин муносибат бо номи ... маълум аст. Қонуни БойлАз ҷиҳати математикӣ:
Қонуни Бойлро инчунин метавон чунин навишт:
PV = доимӣ → муодилаи 1
P1 V1 = П2 V2 → муодилаи 2
Маънои муодилаи 1 дар он аст, ки дар ҳарорати доимӣ (T), агар фишори (P)-и газ тағйир ёбад, ҳаҷми (V)-и газ низ тағйир меёбад, то ки ҳосили фишор ва ҳаҷм ҳамеша доимӣ бошад. Агар фишори газ зиёд шавад, ҳаҷми газ кам мешавад ё баръакс, агар фишори газ кам шавад, ҳаҷми газ зиёд мешавад, то ки ҳосили фишор ва ҳаҷм ҳамеша доимӣ бошад.
Графике, ки робитаи байни ҳаҷм ва фишорро нишон медиҳад, ба графики зер монанд аст. Роберт Бойл бар асоси таҷрибаҳои худ кашф кард, ки ҳаҷми газ номунтазам тағйир меёбад, ки боиси каҷ шудани хати график мегардад. Фишори дар график тасвиршуда фишори мутлақ аст, на фишори ченак.
Қонуни Чарлз
Сад сол пас аз он ки Роберт Бойл робитаи байни ҳаҷм ва фишорро кашф кард, олими фаронсавӣ Жак Шарл (1746–1823) робитаи байни ҳарорат ва ҳаҷми газро таҳқиқ кард. Дар асоси таҷрибаҳои худ, ӯ кашф кард, ки агар фишори газ доимӣ боқӣ монад, пас бо афзоиши ҳарорати газ ҳаҷм низ меафзояд. Баръакс, бо коҳиши ҳарорати газ ҳаҷм низ кам мешавад.
Тағйирёбии ҳаҷми газ аз сабаби тағйирёбии ҳарорат мунтазам ба амал меояд, аз ин рӯ хати ин график рост ба назар мерасад. Агар хати график дар ҳарорати пасттар кашида мешуд, он меҳварро тақрибан дар -273°C мебурид. oC.
Бар асоси таҷрибаҳои зиёде, ки анҷом дода шудаанд, муайян карда шуд, ки гарчанде бузургии тағйирёбии ҳаҷм барои ҳар як газ гуногун аст, вақте ки хати графи V-T дар ҳарорати пасттар кашида мешавад, хати он ҳамеша меҳварро дар атрофи -273 буриш мекунад. oC. Мо метавонем бигӯем, ки агар газ то -273 хунук карда шавад. oC, пас ҳаҷми газ = 0 мешавад. Агар газ дубора хунук шавад, то он даме ки ҳарорат аз -273 паст шавад. oC бошад, пас ҳаҷми газ манфӣ хоҳад буд, ки ин ғайриимкон аст.
Пас -273 oC пасттарин ҳароратест, ки ба он расидан мумкин аст. Зеро хат бо меҳвар дар атрофи -273 бурида мегузарад. oСипас, мувофиқи созишномаи тарафайн, муайян карда шуд, ки пасттарин ҳарорати ба даст овардашуда -273,15 буд. oC. -273,15 oC ҳарорати сифри мутлақ номида мешавад ва ҳамчун истинод барои миқёси мутлақ, ки бо номи миқёси Келвин низ маълум аст, истифода мешавад. Келвин ба номи Лорд Келвин (1824–1907), физики бритониёӣ, номгузорӣ шудааст. Дар ин миқёс, ҳарорат бо Келвин (K), на бо дараҷаҳои Келвин () ифода карда мешавад.oК). Масофаи байни дараҷаҳо бо шкалаи Селсий якхела аст. 0 К = ‐273,15 oC ва 273,15 K = 0 oC.
Ҳароратро дар ҷадвали Селсий бо илова кардани 273,15 ба ҷадвали Келвин табдил додан мумкин аст, ҳароратро дар ҷадвали Келвин бо тарҳ кардани 273,15 ба ҷадвали Селсий табдил додан мумкин аст. Аз ҷиҳати математикӣ:
Т (К) = Т (oC) + 273,15
Т (oC) = T (K) ‐ 273,15
Маълумот:
Т = Ҳарорат
K = Келвин
C = Селсий
Агар ҳарорат дар миқёси Келвин ифода карда шавад, пас графики дар боло овардашуда ба расми зер монанд хоҳад буд.
Бар асоси ин график, метавон хулоса кард, ки дар фишори доимӣ, ҳаҷми газ ҳамеша ба ҳарорати мутлақ мутаносиб аст. Агар ҳарорати мутлақи газ зиёд шавад, ҳаҷм низ зиёд мешавад; баръакс, агар ҳарорати мутлақи газ кам шавад, ҳаҷм низ кам мешавад. Ин робита ҳамчун қонуни Чарлз маълум аст. Аз ҷиҳати математикӣ, он чунин навишта мешавад:
Ҳаҷм ∝ Ҳарорат → Фишори доимӣ
V ∝ T → доимии P
Қонуни Чарлзро инчунин метавон чунин навишт:
Маънои муодилаи 1 дар он аст, ки дар фишори доимӣ (P), агар ҳарорати мутлақи газ (T) тағйир ёбад, ҳаҷми (V)-и газ низ тағйир меёбад, то натиҷаи муқоисаи байни ҳарорати мутлақ ва ҳаҷм ҳамеша доимӣ бошад. Агар ҳарорати мутлақи газ зиёд шавад, ҳаҷми газ низ меафзояд ё баръакс, агар ҳарорати мутлақи газ кам шавад, ҳаҷми газ низ кам мешавад, то муқоисаи байни ҳарорат ва ҳаҷм ҳамеша доимӣ бошад. Ҳарорати мутлақи газ маънои ҳарорати газро дорад, ки дар миқёси Келвин ифода ёфтааст. Агар ҳарорат ҳанӯз ҳам дар миқёси Селсий бошад, аввал онро ба миқёси Келвин табдил диҳед.
Қонуни Гей-Люссак
Ҷозеф Гей-Люссак (1778–1850) таҷриба гузаронд ва кашф кард, ки агар ҳаҷми газ доимӣ нигоҳ дошта шавад, бо афзоиши фишори газ, ҳарорати мутлақи газ низ меафзояд. Баръакс, бо коҳиш ёфтани фишори газ, ҳарорати мутлақи газ низ коҳиш меёбад. Дар ҳаҷми доимӣ, фишори газ мустақиман ба ҳарорати мутлақи газ мутаносиб аст. Ин робита Қонуни Гей-Люссак номида мешавад. Аз ҷиҳати математикӣ:
Фишор ∝ Ҳарорат → Ҳаҷми доимӣ
P ∝ T → V доимӣ
Қонуни Гей-Люссакро инчунин метавон чунин навишт:
Маънои муодилаи 1 дар он аст, ки дар ҳаҷми доимӣ (V), агар фишори (P)-и газ тағйир ёбад, ҳарорати мутлақи газ (T) низ тағйир меёбад, то натиҷаи муқоисаи байни фишор ва ҳарорати мутлақ доимӣ бошад. Ба ибораи дигар, агар фишори газ афзоиш ёбад, ҳарорати мутлақи газ низ меафзояд, ё баръакс, агар фишори газ коҳиш ёбад, ҳарорати мутлақи газ низ коҳиш меёбад, то муқоисаи байни фишор ва ҳарорат ҳамеша доимӣ бошад.
Ҳарорати мутлақи газ маънои ҳарорати газро дорад, ки дар миқёси Келвин ифода ёфтааст. Агар ҳарорат ҳоло ҳам дар миқёси Селсий бошад, аввал онро ба миқёси Келвин табдил диҳед.
Қайд кардан муҳим аст, ки қонуни Бойл, қонуни Чарлз ва қонуни Гей-Люссак натиҷаҳои дақиқ медиҳанд, агар фишор ва зичии газ аз ҳад зиёд баланд набошад. Ғайр аз ин, ин се қонун танҳо ба газҳое дахл доранд, ки ҳарорати онҳо ба нуқтаи ҷӯшиши онҳо наздик нест.
Бар асоси ин далел, метавон хулоса кард, ки қонуни Бойл, қонуни Чарлз ва қонуни Гей-Люссакро ба ҳама шароити газ татбиқ кардан мумкин нест. Азбаски онҳоро ба ҳама шароити воқеии газ татбиқ кардан мумкин нест, ба мо мафҳуми гази идеалӣ ё гази комил лозим аст. Ин гази идеалӣ дар ҳаёти ҳаррӯза вуҷуд надорад. Гази идеалӣ танҳо як модели идеалӣ аст, ки ба мафҳумҳои ҷисми сахт ва моеъи идеалӣ монанд аст. Аз ин рӯ, мо фарз мекунем, ки се қонуни гази дар боло зикршуда дар ҳама шароити гази идеалӣ татбиқ мешаванд.
Ҳангоми ҳалли масъалаҳои қонуни газ, ҳарорат бояд дар миқёси Келвин ифода карда шавад. Агар фишори газ ҳоло ҳам фишори ченкунӣ бошад, аввал онро ба фишори мутлақ табдил диҳед. Фишори мутлақ = фишори атмосфера + фишори барометрӣ.r.
