قوانین گاز: تفاوت میان نسخهها
محتوای حذفشده محتوای افزودهشده
بدون خلاصۀ ویرایش |
|||
خط ۲:
:''این مقاله تنها به بیان چگونگی پیشرفت قوانین گازهای آرمانی (ایدهآل) میپردازد. برای آگاهی بیشتر از قانون گازهای آرمانی مقالههای [[گاز ایدهآل]]، [[قانون گاز ایدهآل]] و [[گاز]] را نگاه کنید. ''
نخستین قوانینی که برای گازها بدست آمد، مربوط به پایان سده ی 18 میلادی می شود. هنگامی که دانشمندان دریافتند که میان فشار، حجم و دمای یک نمونه ی گازی رابطه برقرار است و امکان این وجود دارد که یک رابطه که برای یک نمونه برقرار است، برای تمام گازها نیز می تواند برقرار باشد. گازها در شرایط متفاوت، شبیه هم رفتار می کنند. چون با تقریب خوبی می توان گفت که [[مولکول]] های گازی مرتب در تلاش اند تا در دورترین فاصله ی ممکن از یکدیگر قرار بگیرند. دانشمندان امروزه دریافته اند که معادله ی حالت یک گاز آرمانی یا ایدهآل از [[نظریه جنبشی|نظریه ی جنبشی]] گرفته شده است و نخستین قوانینی که برای گازها در گذشته بدست آمده بود، حالت خاصی از معادله های حاکم بر رفتار گاز آرمانی بود که در آن یک یا چند متغیر، ثابت در نظر گرفته شده است.
== قانون بویل ==
{{نوشتار اصلی|قانون بویل}}
قانون بویل نشان
:<math>
که در آن p فشار و V حجم گاز است.
== قانون چارلز ==
{{نوشتار اصلی|قانون چارلز}}
قانون چارلز یا قانون حجمها، نخستین بار در سال ۱۶۷۸ بدست آمد. این قانون میگوید که برای یک گاز کامل یا آرمانی در فشار ثابت، حجم با دمای مطلق گاز (در [[کلوین]]) نسبت مستقیم دارد.
:<math> V_1/T_1=V_2/T_2 \,</math>
با کمک [[نظریه جنبشی|نظریهٔ جنبشی]] میتوان درستی این مطلب را ثابت کرد. همچنین با گرم و سرد کردن یک ظرف با حجم متغیر نیز میتوان این قانون را مورد آزمایش قرار داد.
== قانون گیلوساک ==
{{نوشتار اصلی|قانون گیلوساک}}
قانون گیلوساک یا قانون فشار، نخستین بار توسط [[ژوزف لویی گیلوساک]] در سال ۱۸۰۹ بدست آمد. این قانون میگوید که فشار وارد بر دیوارههای ظرف دربردارندهٔ یک گاز آرمانی با دمای مطلق (در [[کلوین]]) آن گاز متناسب است.
== قانون آووگادرو ==
{{نوشتار اصلی|قانون آووگادرو}}
قانون آووگادرو بیان میدارد که حجم گرفته شده توسط یک گاز آرمانی با تعداد [[مول]]های موجود در ظرف برابر است. میتوان نتیجه گرفت که [[حجم مولی]] یک گاز در [[شرایط استاندارد دما و فشار]] برابر با ۲۲٫۴ [[لیتر]] است.
== قانون ترکیب گازها و گازهای کامل ==
{{نوشتار اصلی|قانون گاز ایدهآل}}
قانون ترکیب گازها یا معادلهٔ عمومی گاز، با کمک سه قانون دیگر بدست میآید و رابطهٔ میان فشار، دما و حجم را برای یک جرم ثابت از گاز نشان میدهد:
:<math>PV = k_5T \,</math>
حال، با توجه به [[قانون آووگادرو]]، از قانون ترکیب گازها به قانون گاز ایدهآل میرسیم:
:<math>PV = nRT \,</math>
در رابطهٔ بالا، R یک مقدار ثابت است و به آن [[ثابت عمومی گازها]] گفته میشود و برابر است با {{عبارت چپچین|۰٫۰۸۲۰۶ (atm∙L)/(mol∙K)}}
همچنین رابطهٔ زیر با فرمول بالا معادل است:
:<math>PV = kNT \,</math>
در این رابطه:
:''k'' ثابت بولتزمن است و مقدار آن در SI برابر با {{عبارت چپچین|۱٫۳۸۱×۱۰<sup>−۲۳</sup> J·K<sup>−۱</sup>}} میباشد.
:''N'' تعداد مولکولها است.
رابطههای بالا تنها برای گازهای کامل دقیق اند و این به دلیل ناچیز بودن اندرکنش میان مولکولهای آنها است ([[گاز حقیقی]] را نگاه کنید). با این حال قانون گازهای ایدهآل تقریب خوبی برای تقریبا تمام گازها در فشار و دمای متوسط است.
از قانون گفته شده میتوان برداشتهای زیر را داشت:
# اگر دما و فشار ثابت نگه داشته شوند، آنگاه حجم گاز با تعداد مولکولهای آن رابطهٔ مستقیم خواهد داشت.
# اگر دما و حجم گاز ثابت باقی بمانند، آنگاه تغییرات فشار گاز با تعداد مولکولهای گاز در حالت رابطهٔ مستقیم خواهد داشت.
# اگر شمار مولکولها و دمای گاز ثابت باقی بمانند، آنگاه فشار با حجم رابطهٔ وارون خواهد داشت.
# اگر دما تغییر کند ولی تعداد مولکولهای گاز ثابت بماند، آنگاه یا فشار یا حجم (یا هر دو) با نسبت مستقیم با دما تغییر خواهد کرد.
== دیگر قانونها ==
* [[قانون نفوذ مولکولی گراهام]] میگوید که نرخی که در آن مولکولهای گاز [[پخش (فیزیک)|پخش]] میشود با ریشهٔ دوم چگالی آن رابطهٔ وارون دارد. اگر این قانون را با قانون آووگادرو در کنار هم ببینیم (چون در حجم یکسان، تعداد مولکولها نیز یکسان است.) درمییابیم که این مانند آن است که بگوییم نرخ پخش با ریشهٔ دوم وزن مولکولی رابطهٔ وارون دارد.
* [[قانون دالتون]] یا [[فشار نسبی]] میگوید که فشار مخلوط گازها برابر است با مجموع فشارهای نسبی هریک از آنها:
:<math> P_{total} = P_1 + P_2 + P_3 +... + P_n \,</math>,
یا
:<math> P_{{{Total}}} = P_{{{Gas}}} + P_{{{H}_2{O}}} \,</math>,
که در آن ''P''<sub>Total</sub> فشار جو یا اتمسفر، ''P''<sub>Gas</sub> فشار مخلوط گاز موجود در جو و ''P''<sub>H<sub>۲</sub>O</sub> فشار آب موجود در آن دما است.
* [[قانون هنری]] میگوید که:
:''در دمای ثابت، مقداری از یک گاز معلوم که در یک مایع معلوم با حجم داده شده، حل میشود با [[فشار نسبی]] آن گاز در تعادل با مایع رابطهٔ مستقیم دارد. ''
:<math> p = k_{\rm H}\, c</math>
== منبع ==
|