Batas ni Boyle, Batas ni Charles at Batas ni G. Lussac
Batas ni Boyle
Robert Boyle (1627–1691) ay nagsagawa ng mga eksperimento upang siyasatin ang dami ng ugnayan sa pagitan ng presyon at volume ng gas. Ang eksperimentong ito ay kinasasangkutan ng paglalagay ng isang tiyak na dami ng gas sa isang saradong lalagyan. Sa isang medyo mahusay na pagtatantya, natuklasan niya na kung ang temperatura ng gas ay pinananatiling pare-pareho, habang tumataas ang presyon ng gas, bumababa ang volume ng gas. Gayundin, kapag bumababa ang presyon ng gas, tumataas ang volume ng gas. Ang presyon ng gas ay kabaligtaran na proporsyonal sa volume ng gas. Ang ugnayang ito ay kilala bilang Batas ni BoyleSa matematika:
Ang batas ni Boyle ay maaari ring isulat bilang:
PV = pare-pareho → ekwasyon 1
P1 V1 = P2 V2 → ekwasyon 2
Ang kahulugan ng equation 1 ay sa isang pare-parehong temperatura (T), kung ang presyon (P) ng gas ay magbabago, ang volume (V) ng gas ay magbabago rin kaya ang produkto ng presyon at volume ay palaging pare-pareho. Kung ang presyon ng gas ay tataas, ang volume ng gas ay bababa o kabaliktaran, kung ang presyon ng gas ay bababa, ang volume ng gas ay tataas, kaya ang produkto ng presyon at volume ay palaging pare-pareho.
Ang isang graph na nagpapakita ng ugnayan sa pagitan ng volume at pressure ay katulad ng nasa ibaba. Batay sa kanyang mga eksperimento, natuklasan ni Robert Boyle na ang volume ng gas ay hindi regular na nagbabago, na nagiging sanhi ng paglitaw ng kurbadong linya sa graph. Ang pressure na inilalarawan sa graph ay absolute pressure, hindi gauge pressure.
Batas ni Charles
Isang daang taon matapos matuklasan ni Robert Boyle ang ugnayan sa pagitan ng volume at pressure, sinuri ng Pranses na siyentipikong si Jacques Charles (1746–1823) ang ugnayan sa pagitan ng temperatura at volume ng gas. Batay sa kanyang mga eksperimento, natuklasan niya na kung ang presyon ng gas ay nananatiling pare-pareho, habang tumataas ang temperatura ng gas, tumataas din ang volume. Sa kabaligtaran, habang bumababa ang temperatura ng gas, bumababa rin ang volume.
Ang mga pagbabago sa dami ng gas dahil sa mga pagbabago sa temperatura ay regular na nangyayari, kaya ang linya sa graph na ito ay lilitaw na tuwid. Kung ang linya sa graph ay iguguhit sa mas mababang temperatura, ito ay magtatagpo sa axis sa humigit-kumulang -273°C. oC.
Batay sa maraming eksperimentong isinagawa, natuklasan na bagama't magkakaiba ang magnitude ng pagbabago sa volume para sa bawat gas, kapag ang linya sa V-T graph ay iginuhit sa mas mababang temperatura, ang linya ay palaging pumuputol sa axis sa bandang -273. oC. Masasabi natin na kung ang gas ay pinalamig sa ‐273 oC kung gayon ang volume ng gas = 0. Kung ang gas ay lalamigin muli hanggang sa ang temperatura ay mas mababa sa -273 oC kung gayon ang volume ng gas ay magiging negatibo, isang bagay na imposible.
Kaya ‐273 oAng C ay ang pinakamababang temperaturang maaaring maabot. Dahil ang linya ay tumatawid sa aksis sa bandang ‐273 oC pagkatapos, ayon sa napagkasunduan ng lahat, natukoy na ang pinakamababang temperatura na maaaring makamit ay -273,15 oC.-273,15 oAng temperaturang C ay tinatawag na absolute zero at ginagamit bilang sanggunian para sa absolute scale, na kilala rin bilang Kelvin scale. Ang Kelvin ay ipinangalan kay Lord Kelvin (1824–1907), isang British physicist. Sa iskala na ito, ang temperatura ay ipinapahayag sa Kelvin (K), hindi sa degrees Kelvin (oK). Ang distansya sa pagitan ng mga digri ay kapareho ng sa iskala ng Celsius. 0 K = ‐273,15 oC at 273,15 K = 0 oC.
Ang temperatura sa iskala ng Celsius ay maaaring i-convert sa iskala ng Kelvin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng 273,15, ang temperatura sa iskala ng Kelvin ay maaaring i-convert sa iskala ng Celsius sa pamamagitan ng pagbabawas ng 273,15. Sa matematika:
T(K) = T(oC) + 273,15
T (oC) = T(K) - 273,15
remarks:
T = Temperatura
K = Kelvin
C = Celsius
Kung ang temperatura ay ipinapahayag sa iskala Kelvin, ang graph sa itaas ay magiging katulad ng larawan sa ibaba.
Batay sa graph na ito, mahihinuha na sa pare-parehong presyon, ang volume ng gas ay palaging direktang proporsyonal sa absolute temperature. Kung ang absolute temperature ng isang gas ay tataas, ang volume ay tataas din; sa kabaligtaran, kung ang absolute temperature ng isang gas ay bababa, ang volume ay bababa rin. Ang ugnayang ito ay kilala bilang batas ni Charles. Sa matematika, ito ay nakasulat tulad ng sumusunod:
Dami ∝ Temperatura → Pare-parehong presyon
V ∝ T → P konstante
Ang batas ni Charles ay maaari ring isulat tulad nito:
Ang kahulugan ng equation 1 ay sa pare-parehong presyon (P), kung ang ganap na temperatura (T) ng gas ay magbabago, ang volume (V) ng gas ay magbabago rin kaya ang resulta ng paghahambing sa pagitan ng ganap na temperatura at volume ay palaging pare-pareho. Kung ang ganap na temperatura ng gas ay tataas, ang volume ng gas ay tataas din, o kabaliktaran, kung ang ganap na temperatura ng gas ay bababa, ang volume ng gas ay bababa rin, kaya ang paghahambing sa pagitan ng temperatura at volume ay palaging pare-pareho. Ang ibig sabihin ng ganap na temperatura ng isang gas ay ang temperatura ng gas na ipinahayag sa iskala Kelvin. Kung ang temperatura ay nasa iskala Celsius pa rin, i-convert muna ito sa iskala Kelvin.
Batas ni Gay-Lussac
Nagsagawa si Joseph Gay-Lussac (1778–1850) ng isang eksperimento at natuklasan na kung ang volume ng isang gas ay pinananatiling pare-pareho, habang tumataas ang presyon ng gas, tumataas din ang absolute temperature ng gas. Sa kabaligtaran, habang bumababa ang presyon ng gas, bumababa rin ang absolute temperature ng gas. Sa constant volume, ang pressure ng gas ay direktang proporsyonal sa absolute temperature ng gas. Ang ugnayang ito ay tinatawag na Gay-Lussac's Law. Sa matematika:
Presyon ∝ Temperatura → Palaging dami
P ∝ T → V konstante
Ang batas ni Gay-Lussac ay maaari ring isulat tulad nito:
Ang kahulugan ng equation 1 ay sa constant volume (V), kung ang pressure (P) ng gas ay magbabago, ang absolute temperature (T) ng gas ay magbabago rin kaya ang resulta ng paghahambing sa pagitan ng pressure at absolute temperature ay constant. Sa madaling salita, kung ang pressure ng gas ay tataas, ang absolute temperature ng gas ay tataas din, o sa kabaligtaran, kung ang pressure ng gas ay bababa, ang absolute temperature ng gas ay bababa rin, kaya ang paghahambing sa pagitan ng pressure at temperature ay palaging constant.
Ang ibig sabihin ng ganap na temperatura ng isang gas ay ang temperatura ng gas na ipinapahayag sa iskala Kelvin. Kung ang temperatura ay nasa iskala Celsius pa rin, i-convert muna ito sa iskala Kelvin.
Mahalagang tandaan na ang batas ni Boyle, batas ni Charles, at batas ni Gay-Lussac ay nagbibigay ng tumpak na mga resulta kung ang presyon at densidad ng gas ay hindi masyadong mataas. Bukod pa rito, ang tatlong batas na ito ay nalalapat lamang sa mga gas na ang temperatura ay hindi malapit sa kanilang kumukulong punto.
Batay sa katotohanang ito, maaaring mahinuha na ang batas ni Boyle, batas ni Charles, at batas ni Gay-Lussac ay hindi maaaring ilapat sa lahat ng kondisyon ng gas. Dahil hindi maaaring ilapat ang mga ito sa lahat ng totoong kondisyon ng gas, kailangan natin ang konsepto ng isang ideal na gas, o isang perpektong gas. Ang ideal na gas na ito ay hindi umiiral sa pang-araw-araw na buhay. Ang isang ideal na gas ay isa lamang ideal na modelo, katulad ng mga konsepto ng isang matibay na katawan at isang ideal na likido. Samakatuwid, ipinapalagay natin na ang tatlong batas ng gas sa itaas ay naaangkop sa ilalim ng lahat ng kondisyon ng ideal na gas.
Sa paglutas ng mga problema sa batas ng gas, ang temperatura ay dapat ipahayag sa iskala ng Kelvin. Kung ang presyon ng gas ay isang panukat pa rin na presyon, i-convert muna ito sa absolute pressure. Absolute pressure = atmospheric pressure + barometric pressurer.
