- Công thức
- Định luật Boyle-Mariotte, Định luật Charles và Định luật Gay-Lussac
- Luật khí lý tưởng
- Các ứng dụng
- Bài tập đã giải
- Bài tập đầu tiên
- Giải pháp
- Bài tập thứ hai
- Giải pháp
- Người giới thiệu
Định luật khí tổng quát là kết quả của việc kết hợp định luật Boyle-Mariotte, định luật Charles và định luật Gay-Lussac; trong thực tế, ba luật này có thể được coi là trường hợp cụ thể của luật khí nói chung. Đổi lại, định luật khí tổng quát có thể được coi là sự cụ thể hóa của định luật khí lý tưởng.
Định luật chung về chất khí thiết lập mối quan hệ giữa thể tích, áp suất và nhiệt độ của chất khí. Bằng cách này, ông khẳng định rằng, đối với một chất khí, tích áp suất của nó bằng thể tích mà nó chiếm chia cho nhiệt độ tại đó nó luôn không đổi.
Khí có mặt trong các quá trình khác nhau trong tự nhiên và trong vô số ứng dụng, cả trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi định luật khí tổng quát có nhiều ứng dụng đa dạng và phong phú.
Ví dụ, định luật này cho phép chúng ta giải thích hoạt động của các thiết bị cơ học khác nhau như máy điều hòa không khí và tủ lạnh, hoạt động của khinh khí cầu và thậm chí có thể được sử dụng để giải thích các quá trình hình thành đám mây.
Công thức
Công thức toán học của định luật như sau:
P ∙ V / T = K
Trong biểu thức này, P là áp suất, T đại diện cho nhiệt độ (tính bằng độ Kelvin), V là thể tích của khí và K biểu thị một giá trị không đổi.
Biểu thức trước có thể được thay thế bằng biểu thức sau:
P 1 ∙ V 1 / T 1 = P 2 ∙ V 2 / T 2
Phương trình cuối cùng này khá hữu ích để nghiên cứu những thay đổi mà chất khí phải trải qua khi một hoặc hai trong số các biến nhiệt động lực học (áp suất, nhiệt độ và thể tích) bị thay đổi.
Định luật Boyle-Mariotte, Định luật Charles và Định luật Gay-Lussac
Mỗi định luật nói trên liên quan đến hai trong số các biến nhiệt động lực học, trong trường hợp biến thứ ba không đổi.
Định luật Charles phát biểu rằng thể tích và nhiệt độ tỷ lệ thuận với điều kiện áp suất không đổi. Biểu thức toán học của định luật này như sau:
V = K 2 ∙ T
Về phần mình, định luật Boyle thiết lập rằng áp suất và thể tích có mối quan hệ nghịch đảo với nhau khi nhiệt độ không đổi. Định luật Boyle được tóm tắt về mặt toán học như sau:
P ∙ V = K 1
Cuối cùng, định luật Gay-Lussac phát biểu rằng nhiệt độ và áp suất tỷ lệ thuận với các trường hợp mà thể tích của chất khí không thay đổi. Về mặt toán học, định luật được biểu diễn như sau:
P = K 3 ∙ T
Trong biểu thức này K 1 , K 2 và K 3 đại diện cho các hằng số khác nhau.
Luật khí lý tưởng
Định luật khí tổng quát có thể nhận được từ định luật khí lý tưởng. Định luật khí lý tưởng là phương trình trạng thái của khí lý tưởng.
Khí lý tưởng là khí giả định được tạo thành từ các hạt có đặc điểm là chất điểm. Các phân tử của những chất khí này không tạo ra bất kỳ lực hấp dẫn nào với nhau và va chạm của chúng có đặc điểm là hoàn toàn đàn hồi. Theo cách này, giá trị của động năng tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó.
Các khí thực có đặc tính gần giống nhất với khí lý tưởng là khí đơn nguyên ở áp suất thấp và nhiệt độ cao.
Biểu thức toán học của định luật khí lý tưởng như sau:
P ∙ V = n ∙ R ∙ T
Phương trình n là số mol và R là hằng số chung của khí lý tưởng có giá trị là 0,082 atm ∙ L / (mol ∙ K).
Các ứng dụng
Cả định luật khí tổng quát và định luật Boyle-Mariotte, Charles, và Gay-Lussac đều có thể được tìm thấy trong vô số hiện tượng vật lý. Theo cách tương tự, chúng dùng để giải thích hoạt động của nhiều thiết bị cơ khí khác nhau trong cuộc sống hàng ngày.
Ví dụ, trong nồi áp suất, bạn có thể quan sát Định luật Gay Lussac. Trong nồi thể tích không đổi nên nếu tăng nhiệt độ của các khí tích tụ trong đó thì áp suất bên trong nồi cũng tăng.
Một ví dụ thú vị khác là khinh khí cầu. Hoạt động của nó dựa trên Luật Charles. Cho rằng áp suất khí quyển có thể được coi là không đổi, điều gì xảy ra khi đốt nóng chất khí lấp đầy quả bóng là thể tích của nó tăng lên; do đó mật độ của nó giảm đi và khí cầu có thể bay lên.
Bài tập đã giải
Bài tập đầu tiên
Xác định nhiệt độ cuối cùng của khí có áp suất ban đầu 3 atm tăng gấp đôi cho đến khi đạt áp suất 6 atm, đồng thời giảm thể tích của khí từ thể tích 2 lít đến 1 lít, biết rằng nhiệt độ ban đầu của khí là 208, 25 ºK.
Giải pháp
Thay thế trong biểu thức sau:
P 1 ∙ V 1 / T 1 = P 2 ∙ V 2 / T 2
bạn phải:
Giải cho, chúng ta nhận được rằng T 2 = 208,25 ºK
Bài tập thứ hai
Cho một chất khí có áp suất 600 mm Hg, chiếm thể tích 670 ml và ở nhiệt độ 100 ° C, hãy xác định áp suất của nó ở 473 ° K nếu ở nhiệt độ đó nó chiếm thể tích 1500 ml.
Giải pháp
Trước hết, nên (và nói chung, cần thiết) chuyển đổi tất cả dữ liệu thành các đơn vị của hệ thống quốc tế. Vì vậy, bạn phải:
P 1 = 600/760 = 0,789473684 atm xấp xỉ 0,79 atm
V 1 = 0,67 l
T 1 = 373 ºK
P 2 =?
V 2 = 1,5 l
T 2 = 473 ºK
Thay thế trong biểu thức sau:
P 1 ∙ V 1 / T 1 = P 2 ∙ V 2 / T 2
bạn phải:
0,79 ∙ 0,67 / 373 = P 2 ∙ 1,5 / 473
Giải cho P 2 ta được:
P 2 = 0,484210526 xấp xỉ 0,48 atm
Người giới thiệu
- Schiavello, Mario; Vicente Ribes, Leonardo Palmisano (2003). Cơ bản về Hóa học. Barcelona: Biên tập viên Ariel, SA
- Laider, Keith, J. (1993). Nhà xuất bản Đại học Oxford, biên tập. Thế giới của Hóa lý.
- Định luật chung về chất khí. (nd). Trên Wikipedia. Truy cập ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ es.wikipedia.org.
- Các định luật về khí. (nd). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
- Zumdahl, Steven S (1998). Nguyên lý hóa học. Công ty Houghton Mifflin.