آرٹیکل بوائل کا قانون، چارلس کا قانون، ہم جنس پرستوں کا قانون
بوائل کا قانون
رابرٹ بوائل (1627-1691) نے گیس کے دباؤ اور حجم کے درمیان مقداری تعلق کی تحقیقات کے لیے تجربات کیے تھے۔ یہ تجربہ ایک بند کنٹینر میں گیس کی ایک خاص مقدار ڈال کر کیا جاتا ہے۔ ایک بہت اچھے نقطہ نظر تک، اس نے محسوس کیا کہ اگر گیس کا درجہ حرارت مستقل رکھا جائے، تو جب گیس کا دباؤ بڑھتا ہے، تو گیس کا حجم کم ہو جاتا ہے۔ اسی طرح جب گیس کا پریشر کم ہوتا ہے تو 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 کا قانون بھی لکھا جا سکتا ہے:
PV = مستقل → مساوات 1
P 1 V 1 = P 2 V 2 → مساوات 2
مساوات 1 کا معنی ایک مستقل درجہ حرارت پر ہے (T) اگر گیس کا دباؤ (P) تبدیل ہوتا ہے تو گیس کا حجم (V) بھی بدل جاتا ہے،
تاکہ دباؤ اور حجم کے درمیان ضرب کے نتائج ہمیشہ مستقل رہیں۔ 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، لہذا دباؤ اور حجم کے درمیان ضرب ہمیشہ مستقل رہتی ہے۔
حجم اور دباؤ کے درمیان تعلق بیان کرنے والا گراف نیچے کی تصویر کی طرح نظر آتا ہے۔ تجربے کے نتائج کی بنیاد پر، رابرٹ بوائل نے پایا کہ گیس کا حجم بے قاعدہ طور پر تبدیل ہوتا ہے تاکہ گراف میں لکیریں خمیدہ دکھائی دیں۔ گراف پر دکھایا گیا دباؤ مطلق دباؤ ہے۔
چارلس کا قانون
رابرٹ بوائل کے حجم اور دباؤ کے درمیان تعلق دریافت کرنے کے ایک سو سال بعد، ایک فرانسیسی سائنسدان جیک چارلس (1746-1823) نے درجہ حرارت اور گیس کے حجم کے درمیان تعلق کی تحقیق کی۔ تجربے کے نتائج کی بنیاد پر، اس نے پایا کہ جب گیس کا دباؤ ہمیشہ مستقل رہتا ہے، پھر جب گیس کا درجہ حرارت بڑھتا ہے تو گیس کا حجم بھی بڑھ جاتا ہے۔ اس کے برعکس، جب گیس کا درجہ حرارت کم ہوتا ہے، تو گیس کا حجم بھی کم ہو جاتا ہے۔
درجہ حرارت میں تبدیلی کی وجہ سے گیس کے حجم میں تبدیلی باقاعدگی سے ہوتی ہے تاکہ اس گراف پر لکیریں سیدھی نظر آئیں۔ اگر گراف پر لائنوں کو اس وقت تک دکھایا جاتا ہے جب تک کہ درجہ حرارت کم نہ ہو، تو لائن محور کو -273 o C کے ارد گرد کاٹ دے گی۔
کئے گئے بہت سے تجربات کی بنیاد پر، یہ پایا گیا کہ اگرچہ ہر گیس کے حجم میں تبدیلی کی شدت مختلف ہوتی ہے،
جب VT چارٹ پر لکیریں کم درجہ حرارت کی طرف کھینچی جاتی ہیں تو لائن ہمیشہ محور کو -273 o C کے گرد کاٹتی ہے۔ ہم کہہ سکتے ہیں کہ اگر گیس کو -273 o C پر ٹھنڈا کیا جاتا ہے تو گیس کا حجم = 0۔ اگر گیس کو دوبارہ ٹھنڈا کیا جاتا ہے جب تک کہ درجہ حرارت -273 o C سے کم نہ ہو تو گیس کا حجم منفی ہو جائے گا، جو کہ ناممکن ہے۔
تو -273 oC سب سے کم درجہ حرارت ہے جو حاصل کیا جا سکتا ہے۔ کیونکہ لائن محور کو -273 کے ارد گرد کاٹتی ہے۔ oC معاہدے کے مطابق، یہ طے کیا جاتا ہے کہ حاصل کیا جا سکتا ہے سب سے کم درجہ حرارت -273.15 ہے 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، عرف کیلون اسکیل۔ کیلون لارڈ کیلون (1824-1907) کا نام ہے، برطانوی ماہر طبیعیات۔ اس پیمانے پر، درجہ حرارت کیلون (K) میں ظاہر کیا جاتا ہے، نہ کہ کیلون (oK) ڈگری۔ ڈگریوں کے درمیان فاصلہ وہی ہے جو سینٹی گریڈ پیمانے میں ہے۔ 0 K = -273.15 oC اور 273.15 K = 0 oC.
سیلسیس اسکیل پر درجہ حرارت کو 273.15 کا اضافہ کرکے کیلون اسکیل میں تبدیل کیا جاسکتا ہے، کیلون اسکیل پر درجہ حرارت 273.15 کو کم کرکے 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
T = درجہ حرارت
K = کیلون
C = سیلسیس
اگر درجہ حرارت کیلون پیمانے پر ظاہر کیا جائے تو اوپر والا چارٹ نیچے کی تصویر کی طرح نظر آئے گا۔
اس گراف کی بنیاد پر، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ ایک مقررہ دباؤ پر، گیس کا حجم ہمیشہ گیس کے مطلق درجہ حرارت کے براہ راست متناسب ہوتا ہے۔ اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت بڑھتا ہے تو گیس کا حجم بھی بڑھ جاتا ہے، اس کے برعکس اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت کم ہو جائے تو گیس کا حجم بھی کم ہو جاتا ہے۔ یہ رشتہ چارلس کے قانون کے نام سے جانا جاتا ہے۔ ریاضی کے لحاظ سے:
حجم α درجہ حرارت → مستقل دباؤ
V α T → P مستقل
مساوات 1 کا معنی مستقل دباؤ پر ہے (P) اگر مطلق درجہ حرارت (T) بدل جائے تو گیس کا حجم (V) بھی بدل جاتا ہے تاکہ مطلق درجہ حرارت اور حجم کے درمیان تناسب ہمیشہ مستقل رہے۔ اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت بڑھتا ہے تو گیس کا حجم بھی بڑھ جاتا ہے یا اس کے برعکس اگر گیس کا مطلق درجہ حرارت کم ہو جاتا ہے،
گیس کا حجم بھی کم ہو جاتا ہے، اس لیے درجہ حرارت اور حجم کے درمیان تناسب ہمیشہ مستقل رہتا ہے۔ گیس کا مطلق درجہ حرارت گیس کا درجہ حرارت ہے، جو کیلون پیمانے پر بیان کیا گیا ہے۔ اگر درجہ حرارت اب بھی سیلسیس پیمانے پر ہے، تو اسے پہلے کیلون پیمانے پر تبدیل کریں۔
Gay-Lussac کا قانون
Joseph Gay-Lussac (1778-1850) نے تجربہ کیا اور پایا کہ اگر گیس کا حجم مستقل رکھا جائے، جب گیس کا دباؤ بڑھتا ہے تو گیس کا مطلق درجہ حرارت بڑھ جاتا ہے۔ اسی طرح جب گیس کا دباؤ کم ہوتا ہے تو گیس کا مطلق درجہ حرارت 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 Law کہا جاتا ہے۔ ریاضی کے لحاظ سے:
دباؤ α درجہ حرارت → مستقل حجم
P α T → V مستقل 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 تناسب مستقل رہے۔ دوسرے لفظوں میں اگر گیس کا پریشر بڑھتا ہے تو گیس کا مطلق درجہ حرارت بھی بڑھ جاتا ہے یا اس کے برعکس اگر گیس کا پریشر کم ہو جاتا ہے،
گیس کا مطلق درجہ حرارت بھی کم ہو جاتا ہے، تاکہ دباؤ اور درجہ حرارت کے درمیان تناسب ہمیشہ مستقل رہے۔
گیس کا مطلق درجہ حرارت گیس کا درجہ حرارت ہے، جو کیلون پیمانے پر بیان کیا گیا ہے۔ اگر درجہ حرارت اب بھی سیلسیس پیمانے پر ہے، تو اسے پہلے کیلون پیمانے پر تبدیل کریں۔
براہ کرم نوٹ کریں کہ بوائل کا قانون، چارلس کا قانون، اور Gay-Lussac کا قانون اس وقت درست نتائج فراہم کرتے ہیں جب گیس کا دباؤ اور کثافت زیادہ اہم نہ ہو۔ مزید برآں، تینوں قوانین کا اطلاق صرف اس گیس پر ہوتا ہے جس کا درجہ حرارت ابلتے ہوئے نقطہ کے قریب نہ ہو۔
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 یہ گیس کے تمام حقیقی حالات کا حوالہ نہیں دے سکتا، ہمیں آئیڈیل گیس کے تصور کی ضرورت ہے۔ یہ مثالی گیس روزمرہ کی زندگی میں موجود نہیں ہے۔ مثالی گیس صرف ایک مثالی ماڈل ہے، مثالی سخت اور سیال تصور کی طرح۔ 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 بیان کیا جانا چاہیے۔ اگر گیس کا پریشر اب بھی ماپنے والے دباؤ کی شکل میں ہے تو اسے پہلے مطلق دباؤ میں تبدیل کریں۔ مطلق دباؤ = وایمنڈلیی دباؤ + پیمائشی دباؤ
