V průběhu staletí vědci objevili zákony, které vysvětlují, jak vlastnosti, jako je objem a tlak, ovlivňují chování plynů. Denně jste svědky skutečných aplikací alespoň jednoho z těchto zákonů - Boylova zákona - možná aniž byste věděli, že dodržujete důležité vědecké principy v praxi.
Molekulární pohyb, objem a fotbalové míče
Podle Charlesova zákona je nárůst objemu úměrný zvýšení teploty, pokud ohříváte pevné množství plynu při konstantním tlaku. Ukažte tento zákon pozorováním toho, jak se nafouknutý fotbal, který byl uvnitř, zmenšuje, pokud ho vezmete venku za chladného dne. Distributoři propanu využívají Charlesova zákona snížením teploty na -42,2 stupně Celsius (-44 Fahrenheit) - akce, která přeměňuje propan na kapalinu, která se snáze transportuje a obchod. Propan se zkapalňuje, protože s poklesem teploty se molekuly plynu přibližují a objem klesá.
Dýchání obtížné s laskavým svolením Daltonova zákona
Daltonův zákon říká, že celkový tlak plynné směsi se rovná součtu všech plynů obsažených ve směsi, jak ukazuje následující rovnice:
Tento příklad předpokládá, že ve směsi existují pouze dva plyny. Jedním z důsledků tohoto zákona je, že kyslík představuje 21 procent celkového tlaku v atmosféře, protože tvoří 21 procent atmosféry. Lidé, kteří vystoupají do vysokých nadmořských výšek, zažívají Daltonův zákon, když se snaží dýchat. Jak stoupají výš, parciální tlak kyslíku klesá s poklesem celkového atmosférického tlaku v souladu s Daltonovým zákonem. Kyslík se obtížně dostává do krevního oběhu, když klesá parciální tlak plynu. Pokud k tomu dojde, může dojít k hypoxii, vážnému zdravotnímu problému, který může mít za následek smrt.
Překvapivé důsledky Avogadrova zákona
Amadeo Avogadro předložil v roce 1811 zajímavé návrhy, které nyní formulují Avogadroův zákon. Uvádí, že jeden plyn obsahuje stejný počet molekul jako jiný plyn se stejným objemem při stejné teplotě a tlaku. To znamená, že když zdvojnásobíte nebo ztrojnásobíte molekuly plynu, objem se zdvojnásobí nebo ztrojnásobí, pokud tlak a teplota zůstanou konstantní. Hmoty plynů nebudou stejné, protože mají různé molekulové hmotnosti. Tento zákon stanoví, že vzduchový balón a identický balón obsahující helium neváží stejně protože molekuly vzduchu - skládající se převážně z dusíku a kyslíku - mají větší hmotnost než helium molekuly.
Kouzlo vztahů inverzního tlaku
Robert Boyle také studoval zajímavé vztahy mezi objemem, tlakem a dalšími vlastnostmi plynu. Podle jeho zákona je tlak plynu krát jeho objem konstantní, pokud plyn funguje jako ideální plyn. To znamená, že tlak plynu krát objem v jednom okamžiku se rovná jeho tlaku krát objem v jiném po úpravě jedné z těchto vlastností. Následující rovnice ilustruje tento vztah:
P_1V_1 = P_2V_2
V ideálních plynech zahrnuje kinetická energie veškerou vnitřní energii plynu a při změně této energie dojde ke změně teploty. (odkaz 6, první odstavec k této definici). Principy tohoto zákona se dotýkají několika oblastí v reálném životě. Například když se nadechnete, vaše bránice zvětší objem vašich plic. Boyleův zákon říká, že tlak v plicích klesá, což způsobuje, že atmosférický tlak plní plíce vzduchem. Opačně se stane, když vydechnete. Injekční stříkačka se plní stejným principem zatažením za píst a objem injekční stříkačky se zvětšuje, což způsobuje odpovídající pokles tlaku uvnitř. Protože je kapalina pod atmosférickým tlakem, proudí do nízkotlaké oblasti uvnitř stříkačky.