Boyle Yasası, Charles Yasası, Gay-Lussac Yasası başlıklı makale
Boyle Kanunu
Robert Boyle (1627-1691), gaz basıncı ve hacmi arasındaki nicel ilişkiyi araştırmak için deneyler yaptı. Bu deney, belirli bir miktarda gazın kapalı bir kaba yerleştirilmesiyle gerçekleştirildi. Oldukça iyi bir yaklaşımla, gaz sıcaklığı sabit tutulduğunda, gaz basıncı arttığında gaz hacminin azaldığını buldu. Benzer şekilde, gaz basıncı azaldığında gaz hacmi artar. Gaz basıncı, gaz hacmiyle ters orantılıdır. Bu ilişki Boyle Yasası olarak bilinir. Matematiksel olarak:
Boyle yasası şu şekilde de yazılabilir:
PV = sabit → denklem 1
P 1 V 1 = P 2 V 2 → denklem 2
Denklem 1'in anlamı şudur: Sabit bir sıcaklıkta (T), gazın basıncı (P) değişirse, gazın hacmi (V) de değişir.
Böylece basınç ve hacim arasındaki çarpımın sonucu her zaman sabit kalır. Gaz basıncı artarsa gaz hacmi azalır veya tam tersi, gaz basıncı azalırsa gaz hacmi artar; dolayısıyla basınç ve hacim arasındaki çarpımın sonucu her zaman sabittir.
Hacim ve basınç arasındaki ilişkiyi gösteren grafik aşağıdaki resimdeki gibidir. Robert Boyle, deney sonuçlarına dayanarak, gazın hacminin düzensiz bir şekilde değiştiğini ve bu nedenle grafikteki çizgilerin eğri göründüğünü bulmuştur. Grafikte gösterilen basınç, mutlak basınçtır.
Charles yasası
Robert Boyle'un hacim ve basınç arasındaki ilişkiyi keşfetmesinden yüz yıl sonra, Jacques Charles (1746-1823) adlı bir Fransız bilim insanı, sıcaklık ve gaz hacmi arasındaki ilişkiyi araştırdı. Deney sonuçlarına dayanarak, gaz basıncı her zaman sabit olduğunda, gaz sıcaklığı arttığında gaz hacminin de arttığını buldu. Tersine, gaz sıcaklığı azaldığında gaz hacmi de azalır.
Sıcaklık değişimlerine bağlı olarak gaz hacmindeki değişimler düzenli olarak gerçekleştiğinden, bu grafikteki çizgiler düz görünmektedir. Grafikteki çizgiler daha düşük sıcaklıklara kadar çizilirse, çizgi ekseni yaklaşık -273 ° C civarında kesecektir.
Yapılan birçok deneye dayanarak, her bir gazın hacmindeki değişimin büyüklüğü farklılık gösterse de,
VT grafiğindeki çizgiler daha düşük bir sıcaklığa doğru çizildiğinde, çizgi her zaman ekseni yaklaşık -273 ° C civarında keser. Gaz -273 ° C'ye soğutulursa gaz hacminin 0 olduğunu söyleyebiliriz. Gaz tekrar -273 ° C'nin altına düşene kadar soğutulursa, gaz hacmi negatif olur ki bu imkansızdır.
Yani -273 oC, elde edilebilecek en düşük sıcaklıktır. Çünkü çizgi ekseni yaklaşık -273 civarında keser. oAnlaşmaya göre, elde edilebilecek en düşük sıcaklığın -273.15°C olduğu belirlenmiştir. oC.-273.15 oSantigrat dereceye mutlak sıfır sıcaklığı denir ve Kelvin ölçeği olarak da bilinen mutlak bir ölçek referansı olarak kullanılır. Kelvin, İngiliz fizikçi Lord Kelvin'in (1824-1907) adıdır. Bu ölçekte sıcaklık Kelvin (K) cinsinden ifade edilir, Kelvin (°C) cinsinden değil.oK) derece. Dereceler arasındaki mesafe santigrat ölçeğindekiyle aynıdır. 0 K = -273.15 oC ve 273.15 K = 0 oC.
Celsius ölçeğindeki bir sıcaklık, Kelvin ölçeğine 273.15 eklenerek; Kelvin ölçeğindeki bir sıcaklık ise Celsius ölçeğine 273.15 çıkarılarak dönüştürülebilir. Matematiksel olarak:
T (K) = T ( o C) + 273.15
T ( o C) = T (K) – 273.15
T = Sıcaklık
K = Kelvin
C = Santigrat
Sıcaklık Kelvin ölçeğinde ifade edilirse, yukarıdaki grafik aşağıdaki resme benzeyecektir.
Bu grafiğe dayanarak, sabit bir basınçta gaz hacminin her zaman gazın mutlak sıcaklığıyla doğru orantılı olduğu sonucuna varılabilir. Gazın mutlak sıcaklığı artarsa, gaz hacmi de artar; tersine, gazın mutlak sıcaklığı azalırsa, gaz hacmi de azalır. Bu ilişki Charles yasası olarak bilinir. Matematiksel olarak:
Hacim α Sıcaklık → Sabit basınç
V α T → P sabiti
Denklem 1'in anlamı şudur: Sabit basınçta (P), mutlak sıcaklık (T) değişirse, gazın hacmi (V) de değişir, öyle ki mutlak sıcaklık ile hacim arasındaki oran her zaman sabit kalır. Gazın mutlak sıcaklığı artarsa, gazın hacmi de artar veya tam tersi, gazın mutlak sıcaklığı azalırsa, gazın hacmi de azalır.
Gazın hacmi de azalır, bu nedenle sıcaklık ve hacim arasındaki oran her zaman sabittir. Gazın mutlak sıcaklığı, Kelvin ölçeğinde belirtilen gazın sıcaklığıdır. Sıcaklık hala Celsius ölçeğindeyse, önce Kelvin ölçeğine çevirin.
Gay-Lussac yasası
Joseph Gay-Lussac (1778-1850) deneyler yaparak, gaz hacmi sabit tutulduğunda gaz basıncı arttığında gazın mutlak sıcaklığının da arttığını, aynı şekilde gaz basıncı azaldığında ise gazın mutlak sıcaklığının azaldığını bulmuştur. Sabit hacimde, gaz basıncı gazın mutlak sıcaklığıyla doğru orantılıdır. Bu ilişkiye Gay-Lussac Yasası denir. Matematiksel olarak:
Basınç α Sıcaklık → Sabit hacim
P α T → V sabittir
Denklem 1'in anlamı şudur: Sabit hacimde (V) gazın basıncı (P) değişirse, basınç ile mutlak sıcaklık arasındaki oran sabit kalacak şekilde gazın mutlak sıcaklığı (T) da değişir. Başka bir deyişle, gaz basıncı artarsa gazın mutlak sıcaklığı da artar veya tam tersi, gaz basıncı azalırsa gazın mutlak sıcaklığı da azalır.
Gazın mutlak sıcaklığı da azalır, böylece basınç ve sıcaklık arasındaki oran her zaman sabit kalır.
Gazın mutlak sıcaklığı, Kelvin ölçeğinde belirtilen gazın sıcaklığıdır. Sıcaklık hala Celsius ölçeğindeyse, önce Kelvin ölçeğine çevirin.
Lütfen Boyle yasası, Charles yasası ve Gay-Lussac yasasının, gazın basıncı ve yoğunluğu çok yüksek olmadığında doğru sonuçlar verdiğini unutmayın. Ayrıca, bu üç yasa da yalnızca sıcaklığı kaynama noktasına yakın olmayan gazlar için geçerlidir.
Bu gerçeğe dayanarak, Boyle yasası, Charles yasası ve Gay-Lussac yasasının tüm gaz koşullarına uygulanamayacağı sonucuna varılabilir. Tüm gerçek gaz koşullarını kapsayamadığı için, İdeal Gaz kavramına ihtiyacımız var. Bu ideal gaz günlük hayatta mevcut değildir. İdeal gaz, ideal katı ve akışkan kavramına benzer şekilde, sadece ideal bir modeldir. Bu nedenle, yukarıdaki üç gaz yasasının tüm ideal gaz koşullarında geçerli olduğunu varsayıyoruz.
Gaz kanunu problemlerini çözerken, sıcaklık Kelvin ölçeğinde belirtilmelidir. Gaz basıncı hala ölçü basıncı biçimindeyse, önce mutlak basınca dönüştürülmelidir. Mutlak basınç = atmosfer basıncı + ölçü basıncı
