قانون گازها

گاز کامل گازی است که در آن نیروی بین مولکولی وجود ندارد(یا بین ذرات آن هیچ برهم‌کنشی وجود ندارد). برای بررسی رفتار گازها باید رابطه بین فشار، حجم، دما و مقدار گاز(برحسب مول) را بررسی کرد. ترمودینامیک قوانین حاکم بین کمیت های ماکروسکوپیکی را بررسی می کند.

معادله حالت گاز کامل

رابطه بین متغیرهای ترمودینامیکی به صورت زیر است:

$PV=nRT$

اگر سیستم(گاز) از حالت اولیه به حالت ثانویه برود گوییم یک فرآیند ترمودینامیکی رخ داده که رابطه بین آنها به صورت زیر است:

$\frac{P_{1}V_{1}}{n_{1}T_{1}}=\frac{P_{2}V_{2}}{n_{2}T_{2}}$

هر بار فقط ارتباط بین 2 متغیر را بررسی می کنیم که به آن قوانین گازها می گویند.

قانون گی‌لوساک (Gay Lussac’s Law)

در حجم ثابتی از مقدار معینی گاز، فشار با دمای مطلق گاز رابطه مستقیم دارد:

$\frac{P_{2}}{P_{1}}=\frac{T_{2}}{T_{1}}$

زمانی حجم ثابت می ماند که ابعاد ظرف حاوی گاز تغیری نکند که برای این کار می توان پیستون یا درب دستگاه ها ثابت نگه داشت.

قانون شارل(چالرز) (Charles’ Law)

در فشار ثابتی از مقدار معینی گاز، حجم با دمای مطلق گاز رابطه مستقیم دارد:

$\frac{V_{2}}{V_{1}}=\frac{T_{2}}{T_{1}}$

با افزایش دما، حجم گاز نیز افزایش می یابد. همچنین با کاهش حجم، دمای گاز نیز کاهش می یابد.

زمانی فشار گاز ثابت می ماند که پیستون یا درب دستگاه بتواند آزادانه حرکت کند تا فشار سیستم تغییر نکند.

قانون بویل/ماریوت (Boyle/Mariotte's Law)

در دمای ثابتی از مقدار معینی گاز، فشار با حجم گاز رابطه عکس دارد:

$P_{1}V_{1}=P_{2}V_{2}$

با افزایش حجم، فشار گاز کاهش می یابد.

هنگامی دمای گاز ثابت می ماند که فرآیند ترمودینامیکی آرام(ایستاوار) انجام شود تا سیستم بتواند با محیط تبادل گرمایی داشته و دمای آن بالا نرود.

شبیه ساز فرآیندهای ترمودینامیکی ایستاوار

نحوه کار با شبیه ساز

با کلیک روی عکس، شبیه ساز فعال می شود. می توانید با قانون بویل (دما ثابت) شروع کنید؛ به این صورت که دما را تغییر نداده و شروع کنید به اضافه کرده بلوک های 5 کیلوگرمی روی سرپوش و مشاهده کنید چگونه با کاهش حجم، فشار زیاد می شود.

برای قانون شارل(فشار ثابت) می توانید دما را کاهش یا افزایش دهید تا تاثیر آن روی حجم سیستم را بررسی کنید. (می توانید تعدادی بلوک به سیستم اضافه کرده سپس دما را تغییر دهید.)

برای قانون گی‌لوساک (حجم ثابت) کافی است تیک گزینه "حجم ثابت" را انتخاب کرده و دما را تغییر دهید تا تاثیر آن روی فشار گاز را مطالعه کنید.

توجه: نمودار هریک از قوانین و فرآیندهای بالا را می توان رسم کرد. با انتخاب تب "نمودار" می توانید نمودارهای فشار-حجم ، فشار-دما ، حجم-فشار و حجم-دما را رسم کنید.

از روی نمودار میله ای می توانید رابطه بین هریک از متغیرهای ترمودینامیکی را بیابید و همچنین داده های مهم را در تب "جدول" ثبت کنید تا از آن خروجی اکسل تهیه نمایید.

نکته مهم: برای بررسی بیشتر این فرآیندها می توانید از شبیه ساز "قوانین گازهای کامل" که در سایت موجود است بررسی کنید.