במהלך מאות שנים גילו מדענים חוקים המסבירים כיצד תכונות כמו נפח ולחץ משפיעות על אופן התנהלות הגזים. אתה עדים ליישומים בחיים האמיתיים של לפחות אחד מהחוקים הללו - חוק בויל - מדי יום, אולי מבלי שידעת שאתה מקיים עקרונות מדעיים חשובים בפעולה.
תנועה מולקולרית, נפח וכדורגל
על פי חוק צ'ארלס, עליית הנפח פרופורציונאלית לעליית הטמפרטורה אם מחממים כמות קבועה של גז בלחץ קבוע. הפגינו חוק זה על ידי התבוננות כיצד כדורגל מנופח שהיה בבית הולך וקטנה אם תוציאו אותו החוצה ביום קר. מפיצי פרופאן מנצלים את חוק צ'ארלס על ידי הורדת טמפרטורה ל -42.2 מעלות צלזיוס (-44 פרנהייט) - פעולה הממירה פרופאן לנוזל שקל יותר להעביר אותו חנות. נוזל פרופאן מכיוון שככל שהטמפרטורה יורדת, מולקולות הגז מתקרבות זו לזו ונפח פוחת.
הנשימה הייתה קשה באדיבות חוק דלתון
החוק של דלתון אומר כי הלחץ הכולל של תערובת הגז שווה לסכום כל הגזים הכלולים בתערובת, כפי שמוצג במשוואה הבאה:
דוגמה זו מניחה שרק שני גזים קיימים בתערובת. תוצאה אחת של חוק זה היא שחמצן מהווה 21 אחוז מהלחץ הכולל של האטמוספירה מכיוון שהוא מהווה 21 אחוז מהאטמוספירה. אנשים שעולים לגובה רב חווים את החוק של דלתון כשהם מנסים לנשום. ככל שהם מטפסים גבוה יותר, הלחץ החלקי של החמצן פוחת ככל שהלחץ האטמוספרי הכולל יורד בהתאם לחוק דלתון. חמצן מתקשה להגיע למחזור הדם כאשר הלחץ החלקי של הגז פוחת. היפוקסיה, בעיה רפואית חמורה שעלולה לגרום למוות, יכולה להתרחש כשזה קורה.
השלכות מפתיעות של חוק אבוגדרו
אמדאו אבוגדרו העלה הצעות מעניינות בשנת 1811 המנסחות כעת את חוק אבוגדרו. הוא קובע כי גז אחד מכיל מספר זהה של מולקולות כמו גז אחר בעל נפח שווה באותה טמפרטורה ולחץ. משמעות הדבר היא שכאשר מכפילים או משלשים את מולקולות הגז, הנפח מכפיל את עצמו או משולש אם הלחץ והטמפרטורה נשארים קבועים. מסות הגזים לא יהיו זהות מכיוון שיש להן משקולות מולקולריות שונות. חוק זה קובע כי בלון אוויר ובלון זהה המכיל הליום אינם שוקלים אותו דבר מכיוון שלמולקולות אוויר - המורכבות בעיקר מחנקן וחמצן - יש יותר מסה מאשר הליום מולקולות.
הקסם של יחסי לחץ הפוך
רוברט בויל גם חקר את היחסים המסקרנים בין נפח, לחץ ותכונות גז אחרות. על פי החוק שלו, לחץ של גז כפול מנפחו הוא קבוע אם הגז מתפקד כמו גז אידיאלי. משמעות הדבר היא כי לחץ הגז כפול נפח ברגע אחד שווה את כפול הלחץ שלו בנפח אחר לאחר התאמת אחד מאותם תכונות. המשוואה הבאה ממחישה את הקשר הזה:
P_1V_1 = P_2V_2
בגזים אידיאליים, אנרגיה קינטית כוללת את כל האנרגיה הפנימית של הגז ושינוי טמפרטורה מתרחש אם אנרגיה זו משתנה. (סימן 6, פסקה ראשונה מחדש להגדרה זו). עקרונות החוק הזה נוגעים בכמה תחומים בחיים האמיתיים. לדוגמא, כאשר אתה שואף, הסרעפת שלך מגדילה את נפח הריאות שלך. חוק בויל קובע כי לחץ הריאות יורד, מה שגורם ללחץ אטמוספרי למלא את הריאות באוויר. ההפך קורה כאשר אתה נושף. מזרק מתמלא באמצעות אותו עיקרון מושך את הבוכנה שלו ונפח המזרק גדל וגורם לירידה מתאימה בלחץ פנימה. מכיוון שהנוזל נמצא בלחץ אטמוספרי, הוא זורם לאזור הלחץ הנמוך שבתוך המזרק.
