Primjene u stvarnom životu za plinske zakone

Tijekom stoljeća znanstvenici su otkrili zakone koji objašnjavaju kako svojstva poput volumena i tlaka utječu na način ponašanja plinova. Svakodnevno svjedočite svakodnevnoj primjeni barem jednog od ovih zakona - Boyleova zakona, možda i ne znajući da promatrate važne znanstvene principe na djelu.

Prema Charlesovom zakonu, povećanje volumena proporcionalno je porastu temperature ako zagrijavate fiksnu količinu plina pod stalnim tlakom. Pokažite ovaj zakon promatrajući kako se napuhani nogomet koji je bio u zatvorenom smanjuje ako ga hladnog dana iznesete vani. Distributeri propana iskorištavaju Charlesov zakon snižavanjem temperature na -42,2 stupnja Celzijus (-44 Fahrenheita) - radnja koja pretvara propan u tekućinu koju je lakše transportirati i pohraniti. Propan se ukapljuje jer se s padom temperature molekule plina zbližavaju i volumen opada.

Daltonov zakon kaže da je ukupni tlak plinske smjese jednak zbroju svih plinova sadržanih u smjesi, kao što je prikazano u sljedećoj jednadžbi:

Ovaj primjer pretpostavlja da u smjesi postoje samo dva plina. Jedna od posljedica ovog zakona je da kisik čini 21 posto ukupnog tlaka atmosfere, jer čini 21 posto atmosfere. Ljudi koji se uspinju na velike nadmorske visine doživljavaju Daltonov zakon kada pokušavaju disati. Kako se penju više, parcijalni tlak kisika opada kako se ukupni atmosferski tlak smanjuje u skladu s Daltonovim zakonom. Kisik teško ulazi u krvotok kad se parcijalni tlak plina smanji. Hipoksija, ozbiljan medicinski problem koji potencijalno rezultira smrću, može se dogoditi kada se to dogodi.

Amadeo Avogadro dao je zanimljive prijedloge 1811. godine koji sada formuliraju Avogadrov zakon. U njemu se navodi da jedan plin sadrži jednak broj molekula kao i drugi plin jednakog volumena pri istoj temperaturi i tlaku. To znači da kada udvostručite ili utrostručite molekule plina, volumen se udvostruči ili utrostruči ako tlak i temperatura ostanu konstantni. Mase plinova neće biti iste budući da imaju različite molekulske težine. Ovaj zakon drži da zračni balon i identični balon koji sadrži helij nemaju istu težinu jer molekule zraka - koje se uglavnom sastoje od dušika i kisika - imaju veću masu od helija molekule.

Robert Boyle također je proučavao intrigantan odnos između volumena, tlaka i drugih svojstava plina. Prema njegovom zakonu, tlak plina pomnožen s volumenom konstanta je ako plin funkcionira poput idealnog plina. To znači da je tlak plina pomnožen s volumenom u jednom trenutku jednak tlaku i volumenu u drugom nakon što prilagodite jedno od tih svojstava. Sljedeća jednadžba ilustrira ovaj odnos:

U idealnim plinovima kinetička energija obuhvaća svu unutarnju energiju plina i dolazi do promjene temperature ako se ta energija promijeni. (ref. 6., prvi odlomak u vezi s ovom definicijom). Načela ovog zakona dodiruju nekoliko područja u stvarnom životu. Na primjer, kada udišete, dijafragma povećava volumen pluća. Boyleov zakon drži da plućni tlak opada, zbog čega atmosferski tlak puni pluća zrakom. Obrnuto se događa kada izdahnete. Špric se puni na isti način povucite svoj klip i volumen štrcaljke se povećava, uzrokujući odgovarajući pad tlaka unutra. Budući da je tekućina pod atmosferskim tlakom, ona ulijeva u područje niskog tlaka unutar štrcaljke.