Under århundradena har forskare upptäckt lagar som förklarar hur egenskaper som volym och tryck påverkar hur gaser beter sig. Du bevittnar verkliga tillämpningar av minst en av dessa lagar - Boyles lag - dagligen, kanske utan att någonsin veta att du följer viktiga vetenskapliga principer i aktion.
Molekylär rörelse, volym och fotbollar
Enligt Charles lag är volymökningen proportionell mot temperaturökningen om du värmer en fast mängd gas vid konstant tryck. Demonstrera denna lag genom att observera hur en uppblåst fotboll som har varit inomhus blir mindre om du tar den ut på en kall dag. Propanfördelare utnyttjar Charles lag genom att sänka temperaturen till -42,2 grader Celsius (-44 Fahrenheit) - en åtgärd som omvandlar propan till en vätska som är lättare att transportera och Lagra. Propan försvinner eftersom gasens molekyler närmar sig varandra och volymen minskar när temperaturen sjunker.
Andningen gjorde det svårt med tillstånd av Daltons lag
Daltons lag säger att en gasblandnings totala tryck är lika med summan av alla gaser som ingår i blandningen, som visas i följande ekvation:
Detta exempel antar att endast två gaser finns i blandningen. En konsekvens av denna lag är att syre står för 21 procent av atmosfärens totala tryck eftersom det utgör 21 procent av atmosfären. Människor som stiger upp till höga höjder upplever Daltons lag när de försöker andas. När de klättrar högre minskar syretrycket genom att det totala atmosfärstrycket minskar i enlighet med Daltons lag. Syre har svårt att komma in i blodomloppet när gasens partiella tryck minskar. Hypoxi, ett allvarligt medicinskt problem som kan leda till dödsfall, kan uppstå när detta händer.
Överraskande konsekvenser av Avogadros lag
Amadeo Avogadro gjorde intressanta förslag 1811 som nu formulerar Avogadros lag. Den säger att en gas innehåller samma antal molekyler som en annan gas med samma volym vid samma temperatur och tryck. Det betyder att när du fördubblar eller tredubblar en gas molekyler fördubblas eller tredubblas volymen om tryck och temperatur förblir konstant. Massorna av gaserna kommer inte att vara desamma eftersom de har olika molekylvikter. Denna lag hävdar att en luftballong och en identisk ballong som innehåller helium inte väger lika mycket eftersom luftmolekyler - främst bestående av kväve och syre - har mer massa än helium molekyler.
Magin av omvända tryckförhållanden
Robert Boyle studerade också de intressanta förhållandena mellan volym, tryck och andra gasegenskaper. Enligt hans lag är en gastryck gånger dess volym konstant om gasen fungerar som en idealgas. Detta betyder att en gas tryck gånger volym vid ett ögonblick är lika med dess tryck gånger volym vid ett annat efter att du justerat en av dessa egenskaper. Följande ekvation illustrerar detta förhållande:
P_1V_1 = P_2V_2
I ideala gaser innefattar kinetisk energi all gasens inre energi och en temperaturförändring uppstår om denna energi ändras. (ref 6, första stycket om denna definition). Denna lags principer berör flera områden i verkliga livet. Till exempel när du andas in ökar ditt membran volymen i dina lungor. Boyles lag hävdar att lungtrycket minskar, vilket får atmosfärstrycket att fylla lungorna med luft. Det motsatta händer när du andas ut. En spruta fylls med samma princip dra i kolven och sprutans volym ökar, vilket orsakar en motsvarande tryckminskning inuti. Eftersom vätskan har atmosfärstryck flyter den in i lågtrycksområdet inuti sprutan.