Ο νόμος του Gay-Lussac – Ορισμός, Τύπος, Παραδείγματα
Νόμος του Gay-Lussac ή νόμος του Amonton δηλώνει ότι η απόλυτη θερμοκρασία και πίεση ενός ιδανικού αερίου είναι ευθέως ανάλογες, υπό συνθήκες σταθερής μάζας και όγκου. Με άλλα λόγια, η θέρμανση ενός αερίου σε ένα σφραγισμένο δοχείο προκαλεί αύξηση της πίεσής του, ενώ η ψύξη ενός αερίου μειώνει την πίεσή του. Ο λόγος που συμβαίνει αυτό είναι ότι η αύξηση της θερμοκρασίας προσδίδει θερμική κινητική ενέργεια στα μόρια του αερίου. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, τα μόρια συγκρούονται συχνότερα με τα τοιχώματα του δοχείου. Οι αυξημένες συγκρούσεις θεωρούνται ως αυξημένη πίεση.
Ο νόμος πήρε το όνομά του από τον Γάλλο χημικό και φυσικό Joseph Gay-Lussac. Ο Gay-Lussac διατύπωσε το νόμο το 1802, αλλά ήταν μια επίσημη δήλωση της σχέσης μεταξύ θερμοκρασίας και πίεσης που περιγράφεται από τον Γάλλο φυσικό Guillaume Amonton στα τέλη του 1600.
Ο νόμος του Gay-Lussac δηλώνει ότι η θερμοκρασία και η πίεση ενός ιδανικού αερίου είναι ευθέως ανάλογες, υποθέτοντας σταθερή μάζα και όγκο.
Τύπος νόμου του Gay-Lussac
Εδώ είναι οι τρεις συνήθεις τύποι για το νόμο του Gay-Lussac:
P ∝ T
(P1 /T1 ) =(P2 /T2 )
P1 T2 =P2 T1
Το P σημαίνει πίεση, ενώ το T είναι η απόλυτη θερμοκρασία. Φροντίστε να μετατρέψετε τη θερμοκρασία Φαρενάιτ και Κελσίου σε Kelvin όταν λύνετε τα προβλήματα του νόμου του Gay-Lussac.
Ένα γράφημα της πίεσης και της θερμοκρασίας είναι μια ευθεία γραμμή, που εκτείνεται προς τα πάνω και μακριά από την αρχή. Η ευθεία γραμμή υποδεικνύει μια ευθέως αναλογική σχέση.
Παραδείγματα νόμου του Gay-Lussac στην καθημερινή ζωή
Ακολουθούν παραδείγματα του νόμου του Gay-Lussac στην καθημερινή ζωή:
- Πίεση ελαστικών :Η πίεση των ελαστικών του αυτοκινήτου πέφτει σε μια κρύα μέρα και αυξάνεται στα ύψη μια ζεστή μέρα. Εάν βάζετε πολύ αέρα στα ελαστικά σας όταν είναι κρύα, μπορεί να υπερπιέσουν όταν ζεσταθούν. Ομοίως, εάν τα ελαστικά σας διαβάζουν τη σωστή πίεση όταν είναι ζεστά, θα είναι λιγότερο φουσκωμένα όταν είναι κρύο.
- Χύτρα ταχύτητας :Η εφαρμογή θερμότητας σε χύτρα ταχύτητας αυξάνει την πίεση στο εσωτερικό της συσκευής. Η αύξηση της πίεσης αυξάνει το σημείο βρασμού του νερού, μειώνοντας τους χρόνους μαγειρέματος. Επειδή το δοχείο είναι σφραγισμένο, οι γεύσεις δεν χάνονται στον αέρα με τον ατμό.
- Δοχείο αερολύματος :Ο λόγος που δεν πρέπει να αποθηκεύετε δοχεία αεροζόλ σε ζεστές συνθήκες ή να τα απορρίπτετε με καύση είναι επειδή η θέρμανση του δοχείου αυξάνει την πίεση του περιεχομένου του, προκαλώντας πιθανώς το σκάσιμο του δοχείου.
- Θερμοσίφωνας :Ένας ηλεκτρικός θερμοσίφωνας μοιάζει πολύ με χύτρα ταχύτητας. Μια βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης εμποδίζει τη συσσώρευση ατμού. Εάν η βαλβίδα δυσλειτουργεί, η θερμότητα αυξάνει την πίεση του ατμού στο εσωτερικό του θερμαντήρα, με αποτέλεσμα να σπάσει.
Πρόβλημα παραδείγματος νόμου του Gay-Lussac
Παράδειγμα #1
Ένα δοχείο αποσμητικού αεροζόλ έχει πίεση 3,00 atm στους 25 °C. Ποια είναι η πίεση μέσα στο δοχείο σε θερμοκρασία 845 °C; Αυτό το παράδειγμα επεξηγεί γιατί δεν πρέπει να αποτεφρώνετε δοχεία αεροζόλ.
Πρώτα, μετατρέψτε τις θερμοκρασίες Κελσίου στην κλίμακα Kelvin.
T1 =25°C =298 Κ
T2 =845 °C =1118 K
Στη συνέχεια, συνδέστε τους αριθμούς στο νόμο του Gay-Lussac και λύστε τον P2 .
P1 T2 =P2 T1
(3,00 atm)(1118 K) =(P2 )(298 K)
P2 =(3,00 atm)(1118 K)/(298 K)
P2 =11,3 atm
Παράδειγμα #2
Η θέρμανση ενός κυλίνδρου αερίου στα 250 K αυξάνει την πίεσή του στα 2,0 atm. Ποια ήταν η αρχική του θερμοκρασία, υποθέτοντας ότι το αέριο ξεκίνησε σε πίεση περιβάλλοντος (1,0 atm);
P1 T2 =P2 T1
(1,0 atm)(250 K) =(2,0 atm)(T1 )
T1 =(1,0 atm)(250 K)/(2,0 atm)
T1 =125 K
Σημειώστε ότι ο διπλασιασμός της απόλυτης θερμοκρασίας ενός αερίου διπλασιάζει την πίεσή του. Ομοίως, η μείωση στο μισό της απόλυτης θερμοκρασίας μειώνει κατά το ήμισυ την πίεση.
Άλλοι νόμοι του Gay-Lussac και του Amonton
Ο Gay-Lussac δήλωσε ότι όλα τα αέρια έχουν την ίδια μέση θερμική διαστολή σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση. Με άλλα λόγια, τα αέρια συμπεριφέρονται προβλέψιμα όταν θερμαίνονται. Μερικές φορές αυτός ο νόμος ονομάζεται επίσης νόμος του Gay-Lussac.
Συνήθως, ο «νόμος του Amonton» αναφέρεται στον νόμο της τριβής του Amonton, ο οποίος δηλώνει ότι η πλευρική τριβή μεταξύ οποιωνδήποτε δύο υλικών είναι ευθέως ανάλογη με το κανονικό φορτίο που εφαρμόζεται, υποθέτοντας μια αναλογική σταθερά (ο συντελεστής τριβής).
Αναφορές
- Barnett, Martin K. (1941). «Μια σύντομη ιστορία της θερμομετρίας». Journal of Chemical Education , 18 (8):358. doi:10.1021/ed018p358
- Castka, Joseph F.; Metcalfe, Η. Clark; Davis, Raymond E.; Williams, John E. (2002). Σύγχρονη Χημεία . Χολτ, Ράινχαρτ και Ουίνστον. ISBN 978-0-03-056537-3.
- Crosland, Μ. Ρ. (1961). «The Origins of Gay-Lussac’s Law of Combining Volumes of Gases». Annals of Science , 17 (1):1. doi:10.1080/00033796100202521
- Gay-Lussac, J. L. (1809). «Mémoire sur la combinaison des ουσίες gazeuses, les unes avec les autres» (Απομνημονεύματα για τον συνδυασμό αερίων ουσιών μεταξύ τους). Αναμνήσεις της Société d'Arcueil 2:207–234.
- Tippens, Paul E. (2007). Φυσική (7η έκδ.). McGraw-Hill. 386–387.
