Back to the topics list

комбінований газовий закон

Закон про комбінований газ

Закон сполучених газів є одним із фундаментальних понять у вивченні газів у хімії та фізиці. Цей закон об’єднує три основних закони газу: закон Чарльза, закон Бойля та закон Гей-Люссака. Він описує залежність між тиском, об’ємом і температурою фіксованої кількості газу.

Розуміння тиску, об’єму та температури

Перш ніж заглиблюватися в закон комбінованого газу, важливо зрозуміти три основні змінні:

• Тиск (P) : сила, з якою чинить газ на одиницю площі.
• Об'єм (V) : простір, який займає газ.
• Температура (T) : міра середньої кінетичної енергії частинок газу.

Походження закону об'єднаного газу

Комбінований газовий закон виникає з поєднання трьох окремих газових законів:

• Закон Бойля ( \(P_1V_1 = P_2V_2\) ): при постійній температурі тиск газу обернено пропорційний його об’єму.
• Закон Чарльза ( \(\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}\) : за постійного тиску об’єм газу прямо пропорційний його температурі.
• Закон Гей-Люссака ( \(\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}\) ): при постійному об’ємі тиск газу прямо пропорційний його температурі.

Поєднання цих законів дає нам повне рівняння, яке враховує зміни всіх трьох змінних одночасно.

Формула

Комбінований газовий закон можна представити у вигляді:

\(\frac{P_1V_1}{T_1} = \frac{P_2V_2}{T_2}\)

Де:

• \(P_1\) і \(V_1\) — початкові тиск і об'єм.
• \(T_1\) — початкова температура (у Кельвінах).
• \(P_2\) , \(V_2\) і \(T_2\) — кінцеві тиск, об'єм і температура відповідно.

Це рівняння стверджує, що відношення добутку тиску й об’єму до температури газу залишається постійним, доки кількість газу не змінюється.

Застосування та приклади

Комбінований газовий закон має численні застосування в повсякденному житті та різних галузях науки. Ось кілька прикладів:

• Дихання : коли ми вдихаємо, діафрагма розширює грудну порожнину, знижуючи тиск у легенях нижче атмосферного. Це призводить до надходження повітря в легені (збільшується об’єм). Коли ми робимо видих, діафрагма скорочується, об’єм легенів зменшується, витісняючи повітря назовні.
• Повітряні кулі : Повітряні кулі розширюються, коли піднімаються в атмосферу. Зі збільшенням висоти атмосферний тиск знижується, і зазвичай також знижується температура. Досліджуючи, як змінюється об’єм повітряної кулі, вчені можуть використовувати закон комбінованого газу, щоб зробити висновки про умови атмосфери.

Дослід, що демонструє закон сполучених газів

Експеримент, який можна провести для спостереження закону комбінованого газу, включає герметичний контейнер із змінним об’ємом (наприклад, шприц без голки) і газовий термометр. Це налаштування дозволить вам маніпулювати та вимірювати тиск, об’єм і температуру.

1. Спочатку відрегулюйте об’єм газу в ємності та виміряйте тиск при постійній температурі. Це демонструє закон Бойля. Далі змініть температуру газу, зберігаючи об’єм постійним. Виміряйте зміни тиску, які виникають через зміну температури. Це демонструє закон Гей-Люссака.
2. Нарешті, змініть температуру газу, дозволяючи вільно регулювати об’єм, і виміряйте, як об’єм змінюється з температурою при постійному тиску. Це демонструє закон Чарльза.

На цих етапах можна спостерігати залежність між тиском, об’ємом і температурою. Побудувавши дані, ви можете візуально побачити, що закон комбінованого газу виконується, оскільки відношення \(\frac{PV}{T}\) залишається постійним.

Переведення температур у Кельвін

Використовуючи закон комбінованого газу, дуже важливо виражати всі температури в кельвінах, одиниці температури СІ. Щоб перевести градуси Цельсія в градуси Кельвіна, використовуйте формулу:

\(T(K) = T(^\circ C) + 273.15\)

Це забезпечує точне відображення температурних пропорцій відповідно до шкали абсолютної температури.

Значення газового закону в науці

Комбінований закон газу пропонує повне розуміння поведінки газів за різних умов. Це особливо корисно при роботі з умовами, які передбачають одночасні зміни тиску, об’єму та температури. Він має застосування в багатьох наукових областях, зокрема:

• Хімія : у реакціях за участю газів, передбачення поведінки реагентів і продуктів.
• Фізика : у термодинаміці розуміння енергетичних змін, пов’язаних із газами.
• Інженерна справа : у проектуванні систем, таких як двигуни та холодильники, де задіяні розширення та стиснення газу.

Обмеження Закону про комбінований газ

Хоча закон комбінованого газу є потужним інструментом, він має свої обмеження. Припускається, що газ поводиться ідеально, тобто:

• Молекули газу не притягуються і не відштовхуються одна від одної.
• Об’єм молекул газу незначний порівняно з об’ємом контейнера.

У реальних застосуваннях, особливо при дуже високому тиску, дуже низькій температурі або з газами, які сильно взаємодіють (наприклад, аміак), можуть виникати відхилення від ідеальної поведінки. Для таких ситуацій закон ідеального газу можна адаптувати до рівняння реального газу, щоб врахувати ці неідеальні взаємодії.

Висновок

Закон комбінованого газу забезпечує основу для розуміння поведінки газів і того, як взаємодіють такі змінні, як тиск, об’єм і температура. Принципи комбінованого газового закону відіграють вирішальну роль у поясненні та передбаченні поведінки газів у різних умовах, чи то в лабораторних умовах, промислових застосуваннях чи в природному світі.