Hacim Arttıkça Basınç Neden Azalır?

1627-1691 yılları arasında yaşayan İrlandalı bir kimyager olan Robert Boyle, bir gazın kapalı bir alandaki hacmini kapladığı hacimle ilişkilendiren ilk kişiydi. Sabit bir sıcaklıkta sabit miktarda gaz üzerindeki basıncı (P) arttırırsanız, hacmin (V) basınç ve hacim çarpımı sabit kalacak şekilde azaldığını buldu. Basıncı düşürürseniz, hacim artar. Matematiksel olarak:

burada C bir sabittir. Boyle Yasası olarak bilinen bu ilişki kimyanın temel taşlarından biridir. Bu neden oluyor? Bu sorunun olağan cevabı, bir gazı serbestçe hareket eden mikroskobik parçacıkların bir koleksiyonu olarak kavramsallaştırmayı içerir.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Gaz parçacıkları sabit bir sıcaklıkta sabit miktarda kinetik enerjiye sahip olduklarından, bir gazın basıncı hacimle ters orantılı olarak değişir.

Boyle Yasası, ideal gaz yasasının öncülerinden biridir ve şunları belirtir:

burada n gazın kütlesi, T sıcaklık ve R gaz sabitidir. İdeal gaz yasası, Boyle Yasası gibi, teknik olarak yalnızca ideal gaz için doğrudur, ancak her iki ilişki de gerçek durumlara iyi yaklaşımlar sağlar. İdeal bir gazın gerçek hayatta asla oluşmayan iki özelliği vardır. Birincisi, gaz parçacıklarının yüzde 100 elastik olması ve birbirlerine veya kabın duvarlarına çarptıklarında herhangi bir enerji kaybetmemeleridir. İkinci özellik, ideal gaz parçacıklarının yer kaplamamasıdır. Esasen uzantısı olmayan matematiksel noktalardır. Gerçek atomlar ve moleküller sonsuz derecede küçüktür, ancak yer kaplarlar.

Bir gazın bir kabın duvarlarına nasıl basınç uyguladığını ancak uzayda genişlemeleri olmadığı varsayımını yapmazsanız anlayabilirsiniz. Gerçek bir gaz parçacığının yalnızca kütlesi değil, hareket enerjisi veya kinetik enerjisi de vardır. Bu tür çok sayıda parçacığı bir kapta bir araya getirdiğinizde, onlara verdikleri enerji Kabın duvarları, duvarlar üzerinde basınç oluşturur ve bu, Boyle Yasası'nın uyguladığı baskıdır. atıfta. Parçacıkların ideal olduğunu varsayarsak, parçacıklar üzerine aynı miktarda basınç uygulamaya devam edeceklerdir. sıcaklık ve toplam parçacık sayısı sabit kaldığı sürece duvarlar ve konteyner. Başka bir deyişle, eğer T, n ve V sabitse, ideal gaz yasası bize P'nin sabit olduğunu söyler.

Şimdi, kabın hacminin artmasına izin verdiğinizi varsayalım. konteyner duvarlarına yolculuk ve onlara ulaşmadan önce diğerleriyle daha fazla çarpışmaya maruz kalma olasılığı yüksektir. parçacıklar. Genel sonuç, kap duvarlarına daha az parçacığın çarpması ve onu yapanların daha az kinetik enerjiye sahip olmasıdır. Bir kaptaki parçacıkları tek tek izlemek imkansız olsa da, sayıları 10'dur.²³, genel etkiyi gözlemleyebiliriz. Boyle ve kendisinden sonra gelen binlerce araştırmacının kaydettiği bu etki, duvarlardaki baskının azalmasıdır.

Tersi durumda, hacmi azalttığınızda parçacıklar bir araya toplanır. Sıcaklık sabit kaldığı sürece aynı kinetik enerjiye sahiptirler ve daha çok duvarlara daha sık çarparlar, bu nedenle basınç artar.