قوانین گاز

جمعه هفدهم بهمن ۱۳۹۹ - 14:1 - nali -

قوانین گاز در پایان قرن 18، توسعه داده شد زمانی که دانشمندان شروع به درک که روابط بین فشار ، حجم و دمای یک نمونه از گاز را می توان به دست آمده که به تقریب برای تمام گازهای نگه دارید.

فهرست

قانون بویل [ ویرایش ]

مقاله اصلی: قانون بویل

در سال 1662 رابرت بویل رابطه بین حجم و فشار یک گاز با مقدار ثابت در دمای ثابت را مطالعه کرد. وی مشاهده كرد كه حجم جرم معین گاز با فشار آن در دمای ثابت معكوس است. قانون بویل ، که در سال 1662 منتشر شد ، می گوید ، در دمای ثابت ، محصول فشار و حجم یک جرم داده شده از یک گاز ایده آل در یک سیستم بسته همیشه ثابت است. با استفاده از فشار سنج و ظرف با حجم متغیر می توان آن را آزمایش کرد. همچنین می تواند از تئوری جنبشی گازها گرفته شود: اگر حجم یک ظرف ، با تعداد ثابت مولکول در داخل ، کاهش یابد ، مولکول های بیشتری در یک واحد زمان به یک منطقه مشخص از طرفین ظرف برخورد می کنند و باعث فشار بیشتر می شوند .

بیانیه قانون بویل به شرح زیر است:

حجم یک جرم داده شده از گاز در صورت ثابت بودن دما با فشار رابطه معکوس دارد.

مفهوم را می توان با این فرمول ها نشان داد:

${\ displaystyle V \ propto {\ frac {1} {P}}}$ ، به معنی "حجم متناسب با فشار متناسب است" ، یا

$P \ propto {\ frac {1} {V}}$ ، به معنی "فشار متناسب با حجم است" ، یا

$PV = k_ {1}$ ، یا

$P_ {1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2} \ ،$

جایی که P فشار است و V حجم گاز است و k 1 ثابت این معادله است (و با ثابت های تناسب در معادلات دیگر این مقاله یکسان نیست).

قانون چارلز [ ویرایش ]

مقاله اصلی: قانون چارلز

قانون چارلز ، یا قانون احجام ، در سال 1787 توسط ژاک چارلز پیدا شد. این بیان می کند که ، برای یک جرم داده شده از یک گاز ایده آل در فشار ثابت ، حجم با دمای مطلق آن مستقیماً متناسب است ، با فرض اینکه در یک سیستم بسته باشد.

بیانیه قانون چارلز به شرح زیر است: حجم (V) جرم معین گاز ، در فشار ثابت (P) ، مستقیماً با دمای آن (T) متناسب است. به عنوان یک معادله ریاضی ، قانون چارلز به صورت زیر نوشته شده است:

$V \ propto T \ ،$ ، یا

$V / T = k_ {2}$ ، یا

$V_ {1} / T_ {1} = V_ {2} / T_ {2}$ ،

جایی که "V" حجم گاز است ، "T" دمای مطلق و k 2 ثابت تناسب است (که با ثابت های تناسب در معادلات دیگر این مقاله یکسان نیست).

قانون گی لوساک [ ویرایش ]

مقاله اصلی: قانون گی-لوساک

قانون گی لوساک ، قانون آمونتونس یا قانون فشار توسط جوزف لوئیس گی لوساک در سال 1808 یافت شد. این قانون بیان می کند که ، برای یک جرم مشخص و حجم ثابت یک گاز ایده آل ، فشار وارد شده به کناره های ظرف آن مستقیم است متناسب با دمای مطلق آن .

به عنوان یک معادله ریاضی ، قانون گی-لوساک به صورت زیر نوشته شده است:

$P \ propto T \ ،$ ، یا

${\ displaystyle P / T = k}$ ، یا

$P_ {1} / T_ {1} = P_ {2} / T_ {2}$ ،

جایی که P فشار است ، T دمای مطلق است و k یک ثابت تناسب دیگر است.

قانون آووگادرو [ ویرایش ]

مقاله اصلی: قانون آووگادرو

قانون آووگادرو (با فرضیه 1811) بیان می کند که حجم اشغال شده توسط یک گاز ایده آل مستقیماً با تعداد مولکول های گاز موجود در ظرف متناسب است. این امر باعث ایجاد حجم مولی گاز می شود که در STP (273.15 K ، 1 atm) تقریباً 22.4 L است. رابطه با

${\ frac {V_ {1}} {n_ {1}}} = {\ frac {V_ {2}} {n_ {2}}} \ ،$

جایی که n برابر با تعداد مولکول های گاز است (یا تعداد مول های گاز).

قوانین ترکیبی و ایده آل گاز [ ویرایش ]

روابط بین بویل ، چارلز ، گیلوساک را ، در آووگادرو ، ترکیب و قوانین گاز ایده آل ، با ثابت بولتزمن K B =R/N A = n R/ن (در هر قانون ، خصوصیات دایره شده متغیر است و خصوصیات دایره نشده ثابت نگه داشته می شوند)

مقاله اصلی: قانون گاز ایده آل

قانون گاز ترکیبی یا عمومی گاز معادله است که با ترکیب قانون بویل، قانون چارلز، و قانون گیلوساک به دست آمده. این رابطه بین فشار ، حجم و دما برای یک جرم ثابت (مقدار) گاز را نشان می دهد:

${\ displaystyle PV = k_ {5} T \،}$

این را می توان به صورت زیر نوشت:

$\ qquad {\ frac {P_ {1} V_ {1}} {T_ {1}}} = {\ frac {P_ {2} V_ {2}} {T_ {2}}}$

علاوه بر این با قانون آووگادرو از قانون گاز ترکیب توسعه را به قانون گاز ایده آل :

$PV = nRT \ ،$

جایی که

P فشار است

V حجم است

n تعداد مول است

R ثابت گاز جهانی است

T دما است (K)

جایی که ثابت تناسب ، اکنون R نامیده می شود ، ثابت جهانی گاز با مقدار 8.3144598 (kPa ∙ L) / (mol ∙ K) است. فرمول معادل این قانون عبارت است از:

${\ displaystyle PV = NkT \،}$

جایی که

P فشار است

V حجم است

N تعداد مولکول های گاز است

K است ثابت بولتزمن (1.381 × 10 -23 J · K -1 در واحدهای SI)

T دما است (K)

این معادلات فقط برای یک گاز ایده آل دقیق است که از اثرات مختلف بین مولکولی غفلت می کند (به گاز واقعی مراجعه کنید ). با این حال ، قانون ایده آل گاز ، تقریب خوبی برای اکثر گازهای تحت فشار و دما متوسط است.

این قانون پیامدهای مهم زیر را دارد:

اگر دما و فشار ثابت بماند ، حجم گاز مستقیماً با تعداد مولکول های گاز متناسب است.
اگر دما و حجم ثابت بمانند ، فشار تغییرات گاز مستقیماً متناسب با تعداد مولکول های گاز موجود است.
اگر تعداد مولکول های گاز و دما ثابت بمانند ، فشار با عکس متناسب است.
اگر دما تغییر کند و تعداد مولکول های گاز ثابت بماند ، فشار یا حجم (یا هر دو) نسبت مستقیم با دما تغییر می کند.

سایر قوانین گاز [ ویرایش ]

قانون گراهام

بیان می کند که سرعت انتشار مولکول های گاز با ریشه مربع چگالی گاز در دمای ثابت متناسب است. همراه با قانون آووگادرو (یعنی از آنجا که حجم های مساوی تعداد مولکول های برابر دارند) این همانند عکس وارونه با ریشه وزن مولکولی است.

قانون دالتون از فشارهای نسبی

بیان می کند که فشار مخلوط گازها به سادگی مجموع فشارهای جزئی اجزای منفرد است. قانون دالتون به شرح زیر است:

${\ displaystyle P _ {\ rm {total}} = P_ {1} + P_ {2} + P_ {3} + ... + P_ {n} \ Equ \ sum _ {i = 1} ^ {n} P_ {من}\،}$ ،