Ο Charles Law έλυσε προβλήματα
Οι νόμοι των αερίων είναι οι πιο θεμελιώδεις νόμοι της θερμοδυναμικής. Περιγράφουν πώς τα επίπεδα ενέργειας των ατόμων και των μορίων αλλάζουν με τη θερμοκρασία, την πίεση και το χημικό περιβάλλον. Περιγράφουν επίσης πώς αλλάζουν όταν ένα σύστημα μετακινείται από τη μια κατάσταση στην άλλη. Αυτοί οι νόμοι χρησιμοποιούνται συχνά για την πρόβλεψη των ιδιοτήτων ενός υλικού όταν αυτό βρίσκεται υπό ορισμένες συνθήκες. Ας συζητήσουμε μερικούς νόμους για τα αέρια λεπτομερώς:
1 Νόμος του Μπόιλ:
Ο νόμος του Boyle είναι μια σημαντική θερμοδυναμική αρχή που περιγράφει τη σχέση μεταξύ της πίεσης και της θερμοκρασίας ενός αερίου ανάλογη με την αύξηση του όγκου του αερίου. Η αρχή μπορεί να διατυπωθεί απλώς ως εξής:Η πίεση και η θερμοκρασία ενός ιδανικού αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογες μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι όσο αυξάνεται η πίεση ενός αερίου, η θερμοκρασία του μειώνεται και καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία ενός αερίου, η πίεσή του μειώνεται. Αυτή η δήλωση είναι ο νόμος του Boyle.
2 Νόμος του Καρόλου:
Ο νόμος του Charles που είναι νόμος αερίων δηλώνει ότι στα ιδανικά μείγματα αερίων, η πίεση είναι αντιστρόφως ανάλογη με τον όγκο ενός αερίου. Ο νόμος πήρε το όνομά του από τον χημικό Robert Charles (Charles) Lilienfeld, ο οποίος τον δημοσίευσε για πρώτη φορά το 1847. Ο νόμος του Charle είναι σημαντικός σε πολλούς τομείς της επιστήμης, συμπεριλαμβανομένης της αστρονομίας, της αεροπορίας, της χημείας και της χημείας. Για να ικανοποιηθεί ο νόμος του Καρόλου, η πυκνότητα του αερίου πρέπει να είναι σταθερή.
3 Νόμος του Gay-Lussac:
Ο Gay-Lussac επινόησε έναν νέο νόμο για τα αέρια το 1774, ο οποίος όριζε ότι τα αέρια στην ίδια θερμοκρασία και πίεση ασκούσαν την ίδια πίεση, ανεξάρτητα από τη σύνθεσή τους. Ανακάλυψε αυτόν τον νόμο κατά τη διάρκεια ενός εργαστηριακού πειράματος που περιελάμβανε αέρια διαφορετικών θερμοκρασιών και πιέσεων. Βρήκε ότι η πίεση και η θερμοκρασία του αερίου δεν ήταν ευθέως ανάλογες μεταξύ τους, γεγονός που τον οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η πίεση και η θερμοκρασία του αερίου ήταν ευθέως ανάλογες μεταξύ τους μόνο εάν ήταν ίδιες για όλα τα αέρια στο μίγμα. Αυτή η ιδέα είναι που συνιστά το νόμο του Gay-Lussac.
4 Νόμος του Avagadro:
Ο νόμος του Avagadro δηλώνει ότι ο αριθμός των μορίων σε ένα αέριο είναι ανάλογος της θερμοκρασίας και αντιστρόφως ανάλογος με τον όγκο. Ο νόμος του Avagadro χρησιμοποιείται σε διάφορους τομείς και βιομηχανίες, και στη χημεία είναι γνωστός ως ο νόμος της σταθερής αναλογίας καθώς σχετίζεται με το μόριο.
Τι είναι ο Charles Law;
Ο Charles Law, συχνά γνωστός ως νόμος των όγκων, περιγράφει πώς ένα αέριο διαστέλλεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Από την άλλη πλευρά, μια μείωση της θερμοκρασίας θα έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του όγκου.
Όταν συγκρίνουμε ένα υλικό σε δύο διαφορετικές καταστάσεις, μπορούμε να γράψουμε τα εξής από την προηγούμενη πρόταση:
Τύπος του νόμου του Charles
V2/V1=T2/T1
Ή
V1.T2=V2.T1
Αυτός ο τύπος του νόμου του Καρόλου δείχνει ότι όταν αυξάνεται η απόλυτη θερμοκρασία του αερίου, ο όγκος του αερίου αυξάνεται αναλογικά.
Για να το θέσω αλλιώς, ο νόμος του Charle είναι μια παραλλαγή του νόμου του ιδανικού αερίου. Ο νόμος ισχύει για ιδανικά αέρια που διατηρούνται σε σταθερή πίεση αλλά έχουν ποικίλες θερμοκρασίες και όγκους.
Παραγωγή του Charles Law
Γνωρίζουμε ότι, σύμφωνα με το νόμο του Καρόλου, ο όγκος μιας ορισμένης ποσότητας ξηρού αερίου είναι ακριβώς ανάλογος της απόλυτης θερμοκρασίας σε σταθερή πίεση. Το παρακάτω είναι μια αναπαράσταση της δήλωσης.
V∝T
Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη σταθερά k για να ισούται με V και T επειδή και οι δύο αλλάζουν άμεσα.
V/T =σταθερά =k
Σε αυτήν την περίπτωση, η τιμή του k προσδιορίζεται από την πίεση, τον όγκο και τη μονάδα μέτρησης του αερίου.
V*T=k——-(1)
Θεωρήστε τα V1 και T1 ως τον αρχικό όγκο και τη θερμοκρασία ενός ιδανικού αερίου, αντίστοιχα.
Η εξίσωση του νόμου του Charles (1) μπορεί επομένως να γραφτεί ως
V1/T1=k——-(2)
Μετά από αυτό, θα αλλάξουμε τη θερμοκρασία του αερίου σε T2. Εναλλακτικά, αν η ένταση αλλάξει σε V2, θα γράψουμε.
V2/T2=k——–(3)
Η εξίσωση των δύο παραπάνω εξισώσεων (εξισώσεις 2 και 3) αποδίδει
V1/T1=V2/T2
Ή
V1T2=V2T1
Ο Charles Law έλυσε προβλήματα
- Ένα δείγμα αερίου έχει όγκο 20,8 L και θερμοκρασία -67 βαθμούς Κελσίου στην αρχή. Αν ο όγκος του αερίου είναι 11,0 L, ποια θα ήταν η θερμοκρασία;
Λύση:
Σύμφωνα με την ερώτηση,
V1=20,8L
T1=-67 βαθμοί Κελσίου=206K
T2=?
V2=11,0L
Σύμφωνα με το νόμο του Καρόλου
V1/T1=V2/T2
20,8/206=11/T2
T2=11*206/20,8
=108,94 K
Εάν το V1 είναι το 3,60L, T1=255K, T2=308,43K, τότε βρείτε την τιμή του V2;
Σύμφωνα με την ερώτηση V2=?
Όπως γνωρίζουμε για τον νόμο του Καρόλου
V1/T1=V2/T2
3,60/255=V2/308,43
V2=4,35L
Συμπέρασμα:
Ο κανόνας του Charles διέπει επίσης τη λειτουργία του Pop-Up Turkey Timer (Θερμόμετρο). Ας δούμε πώς! Αν θυμάστε, ο νόμος του Charle λέει ότι τα αέρια διαστέλλονται όταν θερμαίνονται. Το Pop-Up Turkey Timer λειτουργεί στην ίδια ιδέα. Το θερμόμετρο (ή ο χρονοδιακόπτης) της γαλοπούλας μπαίνει μέσα. Το αέριο μέσα στο θερμόμετρο διαστέλλεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, οπότε ήρθε η ώρα να αφαιρέσετε τη γαλοπούλα από τον φούρνο.
