بوائل کا قانون، چارلس کا قانون اور جی لوساک کا قانون
بوائل کا قانون
رابرٹ بوئل (1627–1691) نے گیس کے دباؤ اور حجم کے درمیان مقداری تعلق کی تحقیقات کے لیے تجربات کیے تھے۔ اس تجربے میں گیس کی ایک مخصوص مقدار کو بند کنٹینر میں رکھنا شامل تھا۔ کافی اچھے اندازے کے مطابق، اس نے دریافت کیا کہ اگر گیس کا درجہ حرارت مستقل رکھا جائے، تو جیسے جیسے گیس کا دباؤ بڑھتا ہے، گیس کا حجم کم ہو جاتا ہے۔ اس کے برعکس، جیسے جیسے گیس کا دباؤ کم ہوتا ہے، گیس کا حجم بڑھ جاتا ہے۔ گیس کا دباؤ گیس کے حجم کے الٹا متناسب ہے۔ یہ رشتہ Boyle's Law کے نام سے جانا جاتا ہے ۔ ریاضی کے لحاظ سے:
بوائل کے قانون کو اس طرح بھی لکھا جا سکتا ہے:
PV = مستقل → مساوات 1
P 1 V 1 = P 2 V 2 → مساوات 2
مساوات 1 کا مطلب یہ ہے کہ مستقل درجہ حرارت (T) پر، اگر گیس کا دباؤ (P) تبدیل ہوتا ہے، تو گیس کا حجم (V) بھی بدل جاتا ہے تاکہ دباؤ اور حجم کی پیداوار ہمیشہ مستقل رہے۔ اگر گیس کا دباؤ بڑھتا ہے تو، گیس کا حجم کم ہوجاتا ہے یا اس کے برعکس، اگر گیس کا دباؤ کم ہوجاتا ہے، تو گیس کا حجم بڑھ جاتا ہے، تاکہ دباؤ اور حجم کی پیداوار ہمیشہ مستقل رہے۔
حجم اور دباؤ کے درمیان تعلق کو ظاہر کرنے والا گراف نیچے کی طرح دکھائی دیتا ہے۔ اپنے تجربات کی بنیاد پر، رابرٹ بوئل نے دریافت کیا کہ گیس کا حجم بے قاعدہ طور پر تبدیل ہوتا ہے، جس کی وجہ سے گراف پر لکیر خمیدہ دکھائی دیتی ہے۔ گراف پر دکھایا گیا دباؤ مطلق دباؤ ہے، گیج پریشر نہیں۔
چارلس کا قانون
رابرٹ بوائل کے حجم اور دباؤ کے درمیان تعلق دریافت کرنے کے ایک سو سال بعد، فرانسیسی سائنسدان جیک چارلس (1746–1823) نے درجہ حرارت اور گیس کے حجم کے درمیان تعلق کی تحقیق کی۔ اپنے تجربات کی بنیاد پر اس نے دریافت کیا کہ اگر گیس کا دباؤ مستقل رہے تو گیس کا درجہ حرارت بڑھنے سے حجم بھی بڑھتا ہے۔ اس کے برعکس، جیسے جیسے گیس کا درجہ حرارت کم ہوتا ہے، حجم بھی کم ہوتا جاتا ہے۔
درجہ حرارت کی تبدیلیوں کی وجہ سے گیس کے حجم میں تبدیلی باقاعدگی سے ہوتی ہے، لہذا اس گراف پر لکیر سیدھی دکھائی دیتی ہے۔ اگر گراف پر لکیر کم درجہ حرارت پر کھینچی گئی ہو، تو یہ محور کو -273 ° C کے قریب کاٹ دے گی۔
کئی تجربات کی بنیاد پر جو کئے گئے ہیں، یہ پایا گیا کہ اگرچہ ہر گیس کے حجم میں تبدیلی کی شدت مختلف ہوتی ہے، لیکن جب V-T گراف پر لکیر کو کم درجہ حرارت پر کھینچا جاتا ہے، تو یہ لکیر ہمیشہ محور کو -273 o C کے ارد گرد کاٹتی ہے۔ ہم کہہ سکتے ہیں کہ اگر گیس کو -273 o C پر ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تو اس کا درجہ حرارت گیس کا حجم = 0 درجہ حرارت تک ٹھنڈا ہو جائے گا۔ -273 o C سے نیچے ہے، گیس کے حجم کی منفی قدر ہوگی، جو کہ ناممکن ہے۔
چنانچہ 273 oC سب سے کم درجہ حرارت ہے جس تک پہنچا جا سکتا ہے۔ کیونکہ یہ لکیر محور کو 273 کے آس پاس کاٹتی ہے۔ oC پھر باہمی معاہدے کے مطابق، یہ طے پایا کہ سب سے کم درجہ حرارت جو حاصل کیا جا سکتا ہے -273,15 oC. -273,15 oC کو مطلق صفر درجہ حرارت کہا جاتا ہے اور اسے مطلق پیمانے کے حوالہ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جسے کیلون اسکیل بھی کہا جاتا ہے۔ کیلون کا نام ایک برطانوی ماہر طبیعیات لارڈ کیلون (1824–1907) کے نام پر رکھا گیا ہے۔ اس پیمانے پر درجہ حرارت کیلون (K) میں ظاہر کیا جاتا ہے، ڈگری کیلون (کیلون) میں نہیں۔oK)۔ ڈگریوں کے درمیان فاصلہ سیلسیس پیمانے کے برابر ہے۔ 0 K = -273,15 oC اور 273,15 K = 0 oC.
سیلسیس اسکیل میں درجہ حرارت کو 273,15 کا اضافہ کرکے کیلون اسکیل میں تبدیل کیا جاسکتا ہے، کیلون اسکیل میں درجہ حرارت کو 273,15 کو گھٹا کر سیلسیس اسکیل میں تبدیل کیا جاسکتا ہے۔ ریاضی کے لحاظ سے:
T (K) = T ( o C) + 273,15
T ( o C) = T (K) - 273,15
معلومات :
T = درجہ حرارت
K = کیلون
C = سیلسیس
اگر درجہ حرارت کیلون پیمانے پر ظاہر کیا جائے تو اوپر والا گراف نیچے کی تصویر کی طرح نظر آئے گا۔
اس گراف کی بنیاد پر، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ مستقل دباؤ پر، گیس کا حجم ہمیشہ مطلق درجہ حرارت کے براہ راست متناسب ہوتا ہے۔ اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت بڑھتا ہے تو حجم بھی بڑھ جاتا ہے۔ اس کے برعکس، اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت کم ہو جائے تو حجم بھی کم ہو جاتا ہے۔ یہ رشتہ چارلس کے قانون کے نام سے جانا جاتا ہے۔ ریاضی کے لحاظ سے یہ اس طرح لکھا جاتا ہے:
حجم ∝ درجہ حرارت → مسلسل دباؤ
V ∝ T → P مستقل
چارلس کا قانون اس طرح بھی لکھا جا سکتا ہے:
مساوات 1 کا مطلب یہ ہے کہ مستقل دباؤ (P) پر، اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت (T) تبدیل ہوتا ہے، تو گیس کا حجم (V) بھی بدل جاتا ہے تاکہ مطلق درجہ حرارت اور حجم کے درمیان موازنہ کا نتیجہ ہمیشہ مستقل رہے۔ اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت بڑھ جائے تو گیس کا حجم بھی بڑھ جاتا ہے، یا اس کے برعکس، اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت کم ہو جائے تو گیس کا حجم بھی کم ہو جاتا ہے، تاکہ درجہ حرارت اور حجم کے درمیان موازنہ کا نتیجہ ہمیشہ مستقل رہے۔ گیس کے مطلق درجہ حرارت سے کیا مراد ہے وہ گیس کا درجہ حرارت ہے جس کا اظہار کیلون پیمانے پر کیا جاتا ہے۔ اگر درجہ حرارت اب بھی سیلسیس پیمانے پر ہے، تو اسے پہلے کیلون پیمانے میں تبدیل کریں۔
Gay-Lussac کا قانون
Joseph Gay-Lussac (1778–1850) نے ایک تجربہ کیا اور دریافت کیا کہ اگر کسی گیس کے حجم کو مستقل رکھا جائے تو جیسے جیسے گیس کا دباؤ بڑھتا ہے، گیس کا مطلق درجہ حرارت بھی بڑھ جاتا ہے۔ اس کے برعکس، جیسے جیسے گیس کا دباؤ کم ہوتا ہے، گیس کا مطلق درجہ حرارت بھی کم ہو جاتا ہے۔ مستقل حجم میں، گیس کا دباؤ گیس کے مطلق درجہ حرارت کے براہ راست متناسب ہوتا ہے۔ اس تعلق کو Gay-Lussac's Law کہا جاتا ہے۔ ریاضی کے لحاظ سے:
دباؤ ∝ درجہ حرارت → مستقل حجم
P ∝ T → V مستقل
Gay-Lussac کا قانون اس طرح بھی لکھا جا سکتا ہے:
مساوات 1 کا مطلب یہ ہے کہ مستقل حجم (V) پر، اگر گیس کا دباؤ (P) تبدیل ہوتا ہے، تو گیس کا مطلق درجہ حرارت (T) بھی بدل جاتا ہے تاکہ دباؤ اور مطلق درجہ حرارت کے درمیان موازنہ کا نتیجہ مستقل رہے۔ دوسرے الفاظ میں، اگر گیس کا دباؤ بڑھتا ہے، تو گیس کا مطلق درجہ حرارت بھی بڑھ جاتا ہے، یا اس کے برعکس، اگر گیس کا دباؤ کم ہوتا ہے، تو گیس کا مطلق درجہ حرارت بھی کم ہوجاتا ہے، تاکہ دباؤ اور درجہ حرارت کا موازنہ ہمیشہ قائم رہے۔
گیس کے مطلق درجہ حرارت سے کیا مراد ہے وہ گیس کا درجہ حرارت ہے جس کا اظہار کیلون پیمانے پر کیا جاتا ہے۔ اگر درجہ حرارت اب بھی سیلسیس پیمانے پر ہے، تو اسے پہلے کیلون پیمانے میں تبدیل کریں۔
یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ اگر گیس کا دباؤ اور کثافت بہت زیادہ نہ ہو تو Boyle کا قانون، Charles کا قانون، اور Gay-Lussac کا قانون درست نتائج فراہم کرتا ہے۔ مزید برآں، یہ تینوں قوانین صرف ان گیسوں پر لاگو ہوتے ہیں جن کا درجہ حرارت ان کے ابلتے ہوئے نقطہ کے قریب نہیں ہوتا ہے۔
اس حقیقت کی بنیاد پر، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ بوائل کا قانون، چارلس کا قانون، اور ہم جنس پرستوں کا قانون گیس کی تمام شرائط پر لاگو نہیں ہو سکتا۔ کیونکہ ان کا اطلاق گیس کے تمام حقیقی حالات پر نہیں کیا جا سکتا، ہمیں ایک مثالی گیس، یا ایک مکمل گیس کے تصور کی ضرورت ہے۔ یہ مثالی گیس روزمرہ کی زندگی میں موجود نہیں ہے۔ ایک مثالی گیس صرف ایک مثالی نمونہ ہے، جو ایک سخت جسم اور ایک مثالی سیال کے تصورات کی طرح ہے۔ لہذا، ہم فرض کرتے ہیں کہ گیس کے اوپر دیئے گئے تین قوانین تمام مثالی گیس کے حالات میں لاگو ہوتے ہیں۔
گیس کے قانون کے مسائل کو حل کرنے میں، درجہ حرارت کو کیلون پیمانے پر ظاہر کرنا ضروری ہے۔ اگر گیس کا دباؤ اب بھی پیمائش کرنے والا دباؤ ہے تو اسے پہلے مطلق دباؤ میں تبدیل کریں۔ مطلق دباؤ = وایمنڈلیی دباؤ + گیج دباؤ r.
