波義耳定律、查理定律、蓋-呂薩克定律

文章標題:波以耳定律、查理定律、蓋-呂薩克定律

波義耳定律

羅伯特·波義耳(1627-1691)進行了一系列實驗,研究氣體壓力和體積之間的定量關係。該實驗透過將一定量的氣體注入一個密閉容器中進行。經過一番摸索,他發現,在維持氣體溫度恆定的情況下,當氣體壓力增加時,氣體體積會減少;反之亦然。氣體壓力與氣體體積成反比。這種關係稱為波以耳定律。數學表達式為:

波義耳定律、查理定律、蓋-呂薩克定律 1

波義耳定律還可以寫成:

PV = 常數 → 方程式 1

P₁V₁ = P₂V₂ →方程式2

波義耳定律、查理定律、蓋-呂薩克定律 2方程式1的意義是:在溫度(T)恆定的情況下,如果氣體的壓力(P)發生變化,則氣體的體積(V)也會改變。

因此,壓力和體積相乘的結果始終為常數。如果氣體壓力增大,氣體體積減少;反之亦然,如果氣體壓力減小,氣體體積增大,所以壓力和體積的乘積總是常數。

下圖所示為描述體積與壓力關係的圖表。根據實驗結果,羅伯特·波義耳發現氣體的體積變化不規則,因此圖表中的曲線呈現彎曲狀。圖表中顯示的壓力是絕對壓力。

查理定律

在羅伯特·波義耳發現體積與壓力的關係一百年後,一位名叫雅克·查爾斯(1746-1823)的法國科學家研究了溫度與氣體體積的關係。根據實驗結果,他發現,在氣體壓力恆定的情況下,當氣體溫度升高時,氣體體積也增加;反之,當氣體溫度降低時,氣體體積也減少。

由於溫度變化引起的氣體體積變化具有規律性,因此該圖上的曲線看起來是直線。如果將圖中的曲線一直畫到溫度較低的時候,那麼這條線將與座標軸相交於大約 -273 ° C。

根據大量已進行的實驗,發現雖然每種氣體的體積變化幅度各不相同,

當VT圖上的曲線向較低溫度方向繪製時,曲線總是與座標軸相交於-273℃附近。我們可以說,如果氣體冷卻到-273 ℃,氣體體積為0。如果氣體再次冷卻到溫度低於-273 ℃,則氣體體積將為負值,這是不可能的。

波義耳定律、查理定律、蓋-呂薩克定律 3所以 -273 oC 是可達到的最低溫度。因為這條線與軸線的交點在 -273 附近。 o根據協議,C 確定可達到的最低溫度為 -273.15 oC. -273.15 o攝氏度稱為絕對零度,並被用作絕對溫度標度參考,即開爾文溫度標度。開爾文是以英國物理學家開爾文勳爵(1824-1907)的名字命名的。在這個標度中,溫度以開爾文 (K) 表示,而不是以開爾文 (K) 表示。o開爾文溫度(K)度。度之間的距離與攝氏度相同。 0 K = -273.15 oC 和 273.15 K = 0 oC.

攝氏溫度可以透過加上 273.15 轉換為開爾文溫度,開爾文溫度可以透過減去 273.15 轉換為攝氏溫度。數學表達式為:

T (K) = T ( o C) + 273.15

T(攝氏)= T(開爾文)- 273.15

T = 溫度

K = 開爾文

C = 攝氏度

如果溫度以開爾文溫度標度表示,上圖將如下圖所示。

根據這張圖,我們可以得出結論:在恆定壓力下,氣體的體積總是與氣體的絕對溫度成正比。如果氣體的絕對溫度升高,氣體的體積也會升高;反之,如果氣體的絕對溫度降低,氣體的體積也會降低。這種關係被稱為查理定律。數學表達式為:

體積 α 溫度 → 恆壓

V α T → P 常數

波義耳定律、查理定律、蓋-呂薩克定律 4

方程式1的意義是,在恆壓(P)下,如果氣體的絕對溫度(T)發生變化,則氣體的體積(V)也會發生變化,使得絕對溫度與體積之比始終保持不變。如果氣體的絕對溫度升高,氣體的體積也會增加;反之亦然,如果氣體的絕對溫度降低,氣體的體積也會減少。

氣體的體積也會減少,因此溫度與體積的比值始終保持不變。氣體的絕對溫度是指氣體的溫度,以開爾文溫標表示。如果溫度仍然是攝氏溫標,則需要先將其轉換為開爾文溫標。

蓋-呂薩克定律

約瑟夫·蓋-呂薩克(1778-1850)透過實驗發現,在氣體體積恆定的情況下,當氣體壓力增加時,氣體的絕對溫度也會升高;同樣地,當氣體壓力減少時,氣體的絕對溫度也會降低。在體積恆定的情況下,氣體壓力與氣體的絕對溫度成正比。這種關係稱為蓋-呂薩克定律。數學表達式為:

壓力 α 溫度 → 恆定體積

P α T → V 為常數

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方程式1的意義是,在體積(V)恆定的情況下,如果氣體的壓力(P)發生變化,氣體的絕對溫度(T)也會發生變化,使得壓力與絕對溫度的比值保持不變。換句話說,如果氣體壓力增加,氣體的絕對溫度也會升高;反之亦然,如果氣體壓力減小,氣體的絕對溫度也會降低。

氣體的絕對溫度也會降低,因此壓力與溫度之比始終保持不變。

氣體的絕對溫度是指氣體的實際溫度,以開爾文溫標表示。若目前溫度仍以攝氏表示,則需先將其轉換為開爾文溫標。

請注意,玻意耳定律、查理定律和蓋-呂薩克定律僅在氣體壓力和密度不太顯著時才能提供準確的結果。此外,這三個定律也僅適用於溫度遠低於沸點的氣體。

基於此,我們可以得出結論:玻意耳定律、查理定律和蓋-呂薩克定律並非適用於所有氣體條件。由於它們無法涵蓋所有實際氣體條件,我們需要引入理想氣體的概念。理想氣體在日常生活中並不存在。理想氣體只是一個理想模型,類似理想剛體和理想流體的概念。因此,我們假設上述三個氣體定律適用於所有理想氣體條件。

在解氣體定律問題時,溫度必須以開爾文溫標表示。如果氣體壓力仍然是測量壓力,則首先將其轉換為絕對壓力。絕對壓力 = 大氣壓力 + 測量壓力

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