Au fil des siècles, les scientifiques ont découvert des lois qui expliquent comment des propriétés telles que le volume et la pression affectent le comportement des gaz. Vous êtes témoin d'applications réelles d'au moins une de ces lois – la loi de Boyle – quotidiennement, peut-être sans jamais savoir que vous observez d'importants principes scientifiques en action.
Mouvement moléculaire, volume et ballons de football
Selon la loi de Charles, l'augmentation du volume est proportionnelle à l'augmentation de la température si vous chauffez une quantité fixe de gaz à pression constante. Démontrez cette loi en observant comment un ballon de football gonflé qui a été à l'intérieur devient plus petit si vous le sortez par temps froid. Les distributeurs de propane profitent de la loi de Charles en abaissant la température à -42,2 degrés Celsius (-44 Fahrenheit) - une action qui convertit le propane en un liquide plus facile à transporter et boutique. Le propane se liquéfie car à mesure que la température baisse, les molécules du gaz se rapprochent et le volume diminue.
Respirer rendu difficile avec l'aimable autorisation de la loi de Dalton
La loi de Dalton dit que la pression totale d'un mélange gazeux est égale à la somme de tous les gaz contenus dans le mélange, comme le montre l'équation suivante :
Cet exemple suppose que seuls deux gaz existent dans le mélange. L'une des conséquences de cette loi est que l'oxygène représente 21 pour cent de la pression totale de l'atmosphère, car il constitue 21 pour cent de l'atmosphère. Les personnes qui montent à haute altitude subissent la loi de Dalton lorsqu'elles essaient de respirer. Au fur et à mesure qu'ils montent, la pression partielle de l'oxygène diminue à mesure que la pression atmosphérique totale diminue conformément à la loi de Dalton. L'oxygène a du mal à passer dans la circulation sanguine lorsque la pression partielle du gaz diminue. L'hypoxie, un problème médical grave pouvant entraîner la mort, peut survenir lorsque cela se produit.
Implications surprenantes de la loi d'Avogadro
Amadeo Avogadro a fait des propositions intéressantes en 1811 qui formulent maintenant la loi d'Avogadro. Il indique qu'un gaz contient le même nombre de molécules qu'un autre gaz de volume égal à la même température et pression. Cela signifie que lorsque vous doublez ou triplez les molécules d'un gaz, le volume double ou triple si la pression et la température restent constantes. Les masses des gaz ne seront pas les mêmes car ils ont des poids moléculaires différents. Cette loi stipule qu'un ballon à air et un ballon identique contenant de l'hélium ne pèsent pas le même parce que les molécules d'air - constituées principalement d'azote et d'oxygène - ont plus de masse que l'hélium molécules.
La magie des relations de pression inverse
Robert Boyle a également étudié les relations intrigantes entre le volume, la pression et d'autres propriétés du gaz. Selon sa loi, la pression d'un gaz multipliée par son volume est une constante si le gaz fonctionne comme un gaz parfait. Cela signifie que la pression multipliée par le volume d'un gaz à un moment donné est égale à sa pression multipliée par le volume à un autre après avoir ajusté l'une de ces propriétés. L'équation suivante illustre cette relation :
P_1V_1=P_2V_2
Dans les gaz parfaits, l'énergie cinétique comprend toute l'énergie interne du gaz et un changement de température se produit si cette énergie change. (réf 6, premier paragraphe concernant cette définition). Les principes de cette loi touchent plusieurs domaines de la vie réelle. Par exemple, lorsque vous inspirez, votre diaphragme augmente le volume de vos poumons. Selon la loi de Boyle, la pression pulmonaire diminue, provoquant le remplissage d'air par la pression atmosphérique. L'inverse se produit lorsque vous expirez. Une seringue se remplit en utilisant le même principe en tirant sur son piston et le volume de la seringue augmente, provoquant une diminution correspondante de la pression à l'intérieur. Le liquide étant à pression atmosphérique, il s'écoule dans la zone basse pression à l'intérieur de la seringue.