ตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบกฎหมายที่อธิบายว่าคุณสมบัติ เช่น ปริมาตรและความดัน ส่งผลต่อพฤติกรรมของก๊าซอย่างไร คุณเห็นการประยุกต์ใช้ในชีวิตจริงของกฎหมายเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งข้อ – กฎของบอยล์ – ทุกวัน โดยอาจไม่รู้ด้วยซ้ำว่าคุณกำลังปฏิบัติตามหลักการทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญในการดำเนินการ
การเคลื่อนที่ของโมเลกุล ปริมาณ และลูกฟุตบอล
ตามกฎของชาร์ลส์ ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น หากคุณให้ความร้อนกับก๊าซในปริมาณคงที่ที่ความดันคงที่ สาธิตกฎข้อนี้โดยสังเกตว่าลูกฟุตบอลที่เป่าลมในที่ร่มมีขนาดเล็กลงอย่างไรหากคุณนำออกไปนอกบ้านในวันที่อากาศหนาวเย็น ผู้จัดจำหน่ายโพรเพนใช้ประโยชน์จากกฎของชาร์ลส์โดยลดอุณหภูมิลงเหลือ -42.2 องศา เซลเซียส (-44 ฟาเรนไฮต์) – การกระทำที่แปลงโพรเพนเป็นของเหลวที่ง่ายต่อการขนส่งและ เก็บ. โพรเพนกลายเป็นของเหลวเพราะเมื่ออุณหภูมิลดลง โมเลกุลของแก๊สจะเข้าใกล้กันมากขึ้นและมีปริมาตรลดลง
การหายใจทำได้ยาก ได้รับความอนุเคราะห์จากกฎหมายของดาลตัน
กฎของดาลตันกล่าวว่าความดันรวมของส่วนผสมของแก๊สเท่ากับผลรวมของก๊าซทั้งหมดที่มีอยู่ในส่วนผสม ดังแสดงในสมการต่อไปนี้:
ตัวอย่างนี้อนุมานว่ามีเพียงสองก๊าซที่มีอยู่ในส่วนผสม ผลที่ตามมาอย่างหนึ่งของกฎข้อนี้คือ ออกซิเจนคิดเป็นร้อยละ 21 ของความดันรวมของบรรยากาศเพราะคิดเป็นร้อยละ 21 ของบรรยากาศ ผู้ที่ขึ้นไปบนที่สูงจะได้สัมผัสกับกฎของดาลตันเมื่อพยายามหายใจ ความดันบางส่วนของออกซิเจนจะลดลงเมื่อความดันบรรยากาศทั้งหมดลดลงตามกฎของดาลตัน ออกซิเจนมีช่วงเวลาที่ยากลำบากในการเข้าสู่กระแสเลือดเมื่อความดันบางส่วนของก๊าซลดลง ภาวะขาดออกซิเจนซึ่งเป็นปัญหาทางการแพทย์ที่ร้ายแรงซึ่งอาจทำให้เสียชีวิตได้อาจเกิดขึ้นได้เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น
ผลกระทบที่น่าประหลาดใจของกฎของอาโวกาโดร
Amadeo Avogadro ได้เสนอข้อเสนอที่น่าสนใจในปี 1811 ซึ่งตอนนี้ได้กำหนดกฎของ Avogadro ระบุว่าก๊าซหนึ่งมีจำนวนโมเลกุลเท่ากันกับอีกก๊าซหนึ่งที่มีปริมาตรเท่ากันที่อุณหภูมิและความดันเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าเมื่อคุณเพิ่มโมเลกุลของแก๊สเป็นสองเท่าหรือสามเท่า ปริมาตรจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหรือสามเท่าหากความดันและอุณหภูมิคงที่ มวลของก๊าซจะไม่เท่ากันเนื่องจากมีน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน กฎข้อนี้ระบุว่าบอลลูนลมและบอลลูนที่เหมือนกันซึ่งมีฮีเลียมมีน้ำหนักไม่เท่ากัน เนื่องจากโมเลกุลของอากาศ - ประกอบด้วยไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นหลัก - มีมวลมากกว่าฮีเลียม โมเลกุล
ความมหัศจรรย์ของความสัมพันธ์แบบผกผัน
โรเบิร์ต บอยล์ ยังศึกษาความสัมพันธ์ที่น่าสนใจระหว่างปริมาตร ความดัน และคุณสมบัติของแก๊สอื่นๆ ตามกฎของเขา ความดันของแก๊สคูณปริมาตรเป็นค่าคงที่ ถ้าแก๊สทำหน้าที่เป็นแก๊สในอุดมคติ ซึ่งหมายความว่าแรงดันของแก๊สคูณปริมาตร ณ เวลาหนึ่งเท่ากับแรงดันคูณปริมาตรที่อีกช่วงเวลาหนึ่งหลังจากที่คุณปรับคุณสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่ง สมการต่อไปนี้แสดงความสัมพันธ์นี้:
P_1V_1=P_2V_2
ในก๊าซในอุดมคติ พลังงานจลน์ประกอบด้วยพลังงานภายในของก๊าซทั้งหมด และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะเกิดขึ้นหากพลังงานนี้เปลี่ยนแปลง (อ้างอิง 6 วรรคแรกนิยามนี้) หลักการของกฎหมายฉบับนี้ครอบคลุมถึงหลายด้านในชีวิตจริง ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณหายใจเข้า กะบังลมจะเพิ่มปริมาตรของปอด กฎของบอยล์ถือได้ว่าความดันปอดลดลง ทำให้ความดันบรรยากาศทำให้ปอดเต็มไปด้วยอากาศ การย้อนกลับจะเกิดขึ้นเมื่อคุณหายใจออก กระบอกฉีดยาบรรจุโดยใช้หลักการเดียวกันดึงลูกสูบและปริมาตรของกระบอกฉีดยาจะเพิ่มขึ้น ทำให้ความดันภายในลดลง เนื่องจากของเหลวอยู่ที่ความดันบรรยากาศ ของเหลวจึงไหลเข้าสู่บริเวณที่มีแรงดันต่ำภายในกระบอกฉีดยา