Gennem århundreder har forskere opdaget love, der forklarer, hvordan egenskaber såsom volumen og tryk påvirker den måde, gasser opfører sig på. Du er vidne til virkelige livsanvendelser af mindst en af disse love - Boyles lov - dagligt, måske uden nogensinde at vide, at du overholder vigtige videnskabelige principper i aktion.
Molekylær bevægelse, volumen og fodbold
I henhold til Charles lov er volumenforøgelse proportional med temperaturstigning, hvis du opvarmer en fast mængde gas ved konstant tryk. Demonstrer denne lov ved at observere, hvordan en oppustet fodbold, der har været indendørs, bliver mindre, hvis du tager den ud på en kold dag. Propandistributører drager fordel af Charles lov ved at sænke temperaturen til -42,2 grader Celsius (-44 Fahrenheit) - en handling, der omdanner propan til en væske, der er lettere at transportere og butik. Propan flydende, fordi når temperaturen falder, kommer gassens molekyler tættere på hinanden, og volumenet falder.
Åndedræt vanskeliggjort med tilladelse til Daltons lov
Daltons lov siger, at en gasblandings samlede tryk er lig med summen af alle gasser indeholdt i blandingen, som vist i følgende ligning:
Dette eksempel antager, at der kun findes to gasser i blandingen. En konsekvens af denne lov er, at ilt tegner sig for 21 procent af atmosfærens samlede tryk, fordi det udgør 21 procent af atmosfæren. Mennesker, der stiger op i høje højder, oplever Daltons lov, når de prøver at trække vejret. Når de klatrer højere, falder iltens partialtryk, da det samlede atmosfæriske tryk falder i overensstemmelse med Daltons lov. Oxygen har svært ved at komme ind i blodbanen, når gasens partialtryk falder. Hypoxi, et alvorligt medicinsk problem, der potentielt kan medføre død, kan forekomme, når dette sker.
Overraskende konsekvenser af Avogadros lov
Amadeo Avogadro fremsatte interessante forslag i 1811, der nu formulerer Avogadros lov. Det hedder, at en gas indeholder det samme antal molekyler som en anden gas med samme volumen ved samme temperatur og tryk. Dette betyder, at når du fordobler eller tredobler en gas molekyler, fordobles eller tredobles volumen, hvis tryk og temperatur forbliver konstant. Masserne af gasserne vil ikke være de samme, da de har forskellige molekylvægte. Denne lov fastslår, at en luftballon og en identisk ballon, der indeholder helium, ikke vejer det samme fordi luftmolekyler - primært bestående af nitrogen og ilt - har mere masse end helium molekyler.
Magien ved omvendt trykforhold
Robert Boyle studerede også de spændende sammenhænge mellem volumen, tryk og andre gasegenskaber. Ifølge hans lov er en gass tryk gange dens volumen konstant, hvis gassen fungerer som en ideel gas. Dette betyder, at en gass tryk gange volumen i et øjeblik er lig med dets tryk gange volumen ved et andet, efter at du har justeret en af disse egenskaber. Følgende ligning illustrerer dette forhold:
P_1V_1 = P_2V_2
I ideelle gasser omfatter kinetisk energi al gasens indre energi, og der sker en temperaturændring, hvis denne energi ændres. (ref 6, første afsnit om denne definition). Denne lovs principper berører flere områder i det virkelige liv. For eksempel når du indånder, øger din membran volumenet af dine lunger. Boyles lov fastslår, at lungetrykket falder, hvilket får atmosfærisk tryk til at fylde lungerne med luft. Det modsatte sker, når du ånder ud. En sprøjte fyldes ved hjælp af det samme princip, træk stempelet, og sprøjten øges, hvilket medfører et tilsvarende trykfald indeni. Fordi væsken har atmosfærisk tryk, flyder den ind i lavtryksområdet inde i sprøjten.