Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

Газові закони

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    24542

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Навички для розвитку

    • Поясніть наступні закони в рамках Закону про ідеальний газ

    Закон Бойла

    Бойл був ірландським дворянином, якого часто описують як одного з перших сучасних хіміків, на відміну від старих алхіміків. Однак багато його ідеї і експерименти прийшли від раніше хіміків/алхіміків.

    Бойл зауважив, що для конкретного зразка газу при постійній температурі при зміні тиску або об'єму початковий і кінцевий тиск і обсяг пов'язані:

    \[P_{0}V_{0} = P_{1}V_{1}\]

    Зараз це називається законом Бойла. Пізніше було показано, що закон Бойля - це приблизний закон, а не точний закон. Більшість газів слідують за ним досить уважно при нормальному тиску, але менш близько при великих тисках.

    Модель, що демонструє, як зменшується об'єм при збільшенні тиску.

    Закон Чарльза і абсолютна температура

    Чарльз здійснив перший сольний політ на повітряній кулі, наповненій воднем. Він також зауважив, що при постійному тиску обсяг газу збільшується лінійно з температурою. Це можна написати

    \[V = kT\]

    Примітно, що хоча він не міг вимірювати обсяги при дуже низьких температурах, всі лінії для різних газів вказували на одну і ту ж температуру. Температура, при якій передбачалося, що кожен газ має V = 0, була однаковою, хоча схили були різними. Ця температура тепер називається 0 К = -273° C, або абсолютний нуль. Оскільки гази не можуть мати негативний об'єм, ця температура, здається, особлива: найнижча можлива температура. Хоча насправді гази не матимуть нульового обсягу при абсолютному нулі (вони будуть твердими речовинами, а тверді речовини мають об'єм), сучасна теорія все ще вважає абсолютний нуль особливим. Насправді, ми повинні використовувати температуру в Кельвіні для будь-якої проблеми газового закону.

    Діаграма, що показує, як обсяг збільшується при збільшенні температури.

    Гіпотеза Авогадро

    Про це ми обговорювали раніше. Хоча часто називають законом Авогадро, насправді це була гіпотеза. Гіпотеза полягає в тому, що при однаковій температурі і тиску всі гази мають однакову кількість частинок (молекул). Авогадро здогадався, що це правда на основі закону Гей-Люссака, але він не мав можливості виміряти його безпосередньо, тому це насправді не можна було назвати законом. Однак зараз ми можемо бути впевнені, що це приблизно так.

    Закон про ідеальний газ

    Закон про ідеальний газ поєднує в собі закони Бойла, Чарльза і Авогадро. Закон про ідеальний газ говорить, що

    \[PV = nRT\]

    де P - тиск, V - об'єм, T - температура, n - число молів, а R - постійна молярного газу. Ми також можемо висловити це іншим способом:

    \[PV = nk_{B}T\]

    де все те ж саме, крім n тепер число частинок, а k B - константа Больцмана. Як бачите, газова константа R - це всього лише постійна Больцмана, помножена на число Авогадро (кількість частинок в молі). Константа Больцмана по суті забезпечує коефіцієнт перетворення між температурою в K і енергією в Дж. Оскільки температура і енергія тісно пов'язані, k B з'являється у багатьох важливих рівняннях.

    Ви можете використовувати Закон про ідеальний газ, щоб робити прогнози про те, як гази реагуватимуть при зміні тиску, обсягу або температури. Це дає вам хорошу інтуїцію для того, що роблять гази. Прогнози, які він робить, не завжди дуже точні: вони досить хороші при нормальній температурі і тиску, але насправді для більшості інженерних робіт вони недостатньо хороші, тому люди замість цього використовують інші рівняння або таблиці даних. Закон про ідеальний газ - це науковий закон: він математично описує, що відбувається за певних умов, в даному випадку низького тиску. У наступному розділі ми опишемо теорію, яка пояснює поведінку газів, яка також підкаже нам, коли слід очікувати, що Закон про ідеальний газ буде неточним.

    Ви можете використовувати ідеальний закон газу для проведення різних розрахунків, в тому числі з щільністю і молярною масою. Потрібно бути обережними з агрегатами, адже одиниць тиску так багато. Переконайтеся, що ваше значення R має правильну одиницю для тиску, і не використовує одиницю енергії (тому що іноді зручно використовувати одиниці енергії для R, але не в ідеальному рівнянні газу). Також переконайтеся, що ви використовуєте температуру в K. Наприклад, ідеальний закон газу говорить про те, що молярний об'єм будь-якого газу повинен бути майже однаковим, а за стандартних умов (1 атм і 0° C) він повинен бути близьким до 22,4 л.

    Автори та атрибуція