مثال على قانون Gay-Lussac

العالم الفرنسي لويس جوزيف دي جاي لوساك درس الظواهر التي تحدث مع الغاز ، عندما يتم احتواؤه في حاوية مغلقة (حجم ثابت) ، وتختلف درجة الحرارة. يمكن دراسة الغازات ، من وجهة النظر الفيزيائية ، من ثلاث خصائص هي: الحجم ، وهو المساحة التي يشغلها ، ولأغراض تجريبية هو الحجم الذي يملأ ملف وعاء. الضغط ، وهو القوة التي يبذلها الغاز على جدران الحاوية وأيضًا القوة التي يمكن تطبيقها على الغاز ، على سبيل المثال ، عن طريق مكبس. السمة الثالثة هي درجة الحرارة ، حيث تزيد الغازات من حركتها عندما تزداد درجة الحرارة وعندما تنخفض ، تقل حركتها أيضًا.

نتيجة لملاحظاته ، أدرك أن وجود حجم معين من الغاز وهذا لا يختلف طوال التجربة ، فتسخين كتلة الغاز يزيد الطاقة الحركية ، تبدأ جزيئاتها في الابتعاد عن بعضها البعض وتتوسع كتلة الغاز ، مما يؤدي إلى الضغط الذي يحدثه الغاز على جدران وعاء. كما لاحظ أنه مع انخفاض درجة الحرارة ، تنخفض الطاقة الحركية للغاز ويقل الضغط الذي يمارسه على جدران الحاوية. تم تلخيص هذا في المكالمة قانون جاي لوساك:

يتناسب الضغط الناتج عن حجم ثابت من الغاز على جدران الحاوية التي تحتوي عليه بشكل مباشر مع التغير في درجة الحرارة.

في قانون جاي لوساك ، بالنسبة لحجم معين من الغاز ، هناك دائمًا نفس العلاقة بين ضغطه ودرجة حرارته ، أي أن هذه العلاقة ثابتة دائمًا. يتم التعبير عن ذلك بالصيغة التالية:

P / T = ك
ص₁/ ت₁ = ص₂/ ت₂ = ك
ص ، ص₁، ص₂ = ضغط الغاز الذي يمكن التعبير عنه في الغلاف الجوي (عند) أو بالجرام لكل سنتيمتر مربع (جم / سم)²)
تي ، تي₁، ت₂ = درجة حرارة الغاز ، والتي يمكن التعبير عنها بالدرجات المئوية (درجة مئوية) أو بالدرجات على مقياس الصفر المطلق أو درجة كلفن (درجة كلفن)
k = ثابت علاقة الضغط ودرجة الحرارة لهذا الحجم المعين من الغاز.

من هذه الصيغة ، يمكن حل قيم مكوناتها:

P / T = ك
T = P / k
P = T * ك

3 أمثلة تطبيقية على قانون جاي لوساك:

1. تحتوي الحاوية على حجم من الغاز عند ضغط 1.2 عند درجة حرارة محيطة تبلغ 22 درجة مئوية عند الساعة 10 صباحًا. احسب الضغط الذي سيكون للغاز عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 28 درجة مئوية في الظهيرة

ص₁ = 1.2 في
تي₁ = 22 درجة مئوية
ص₂ = ?
تي₂ = 28 درجة مئوية

أولاً نحسب ثابت هذا الغاز:

ص₁/ ت₁ = ص₂/ ت₂ = ك
1.2 / 22 = 0.0545

والآن نوجد قيمة P₂:

ص₂ = ت₂* ك = (28) (0.0545) = 1.526 في

إذن عند الظهيرة سيكون الضغط 1526 ضغط جوي.

2. حاوية تحتوي على حجم غاز بضغط 25 جم / سم²، عند درجة حرارة محيطة تبلغ 24 درجة مئوية. احسب الضغط الذي سيحدثه الغاز عندما تنخفض درجة حرارته بمقدار 18 درجة مئوية.

ص₁ = 25 جم / سم²
تي₁ = 24 درجة مئوية
ص₂ = ?
تي₂ = (24-18) = 6 درجات مئوية

أولاً نحسب ثابت هذا الغاز:

ص₁/ ت₁ = ص₂/ ت₂ = ك
25 / 24 = 1.0416

والآن نوجد قيمة P₂:

ص₂ = ت₂* ك = (6) (1.0416) = 6.25 جم / سم²

بتقليل درجة الحرارة 18 درجة مئوية ، ستكون درجة الحرارة النهائية 6 درجات مئوية والضغط سيكون 6.25 جم / سم².

3. احسب درجة الحرارة الأولية لحجم من الغاز ، إذا علمنا أن ضغطه الأولي كان 3.5 عند ، وعندما يصل إلى 67 درجة مئوية يكون ضغطه 16.75 عند.

ص₁ = 3.5 في
تي₁ = ?
ص₂ = 16.75 في
تي₂ = 67 درجة مئوية

أولاً نحسب ثابت هذا الغاز:

ص₁/ ت₁ = ص₂/ ت₂ = ك
16.75 / 67 = 0.25

نوجد الآن قيمة T₁:

تي₁ = ص₁/ ك = (3.5) / (0.25) = 14 درجة مئوية

كانت درجة الحرارة الأولية 14 درجة مئوية.