Протягом століть вчені відкрили закони, які пояснюють, як такі властивості, як об’єм і тиск, впливають на поведінку газів. Ви щодня стаєте свідками застосування щонайменше одного із цих законів - закону Бойля, можливо, навіть не підозрюючи, що дотримуєтесь важливих наукових принципів.
Молекулярний рух, об'єм та футбольні м'ячі
Згідно із законом Чарльза, збільшення обсягу пропорційне збільшенню температури, якщо ви нагріваєте фіксовану кількість газу при постійному тиску. Продемонструйте цей закон, спостерігаючи, як завищений футбол, який був у приміщенні, стає меншим, якщо виносити його на вулицю в холодний день. Розповсюджувачі пропану користуються законом Чарльза, знижуючи температуру до -42,2 градуса Цельсій (-44 за Фаренгейтом) - дія, яка перетворює пропан у рідину, яку легше транспортувати та магазин. Пропан зріджується, оскільки зі зниженням температури молекули газу зближуються і об’єм зменшується.
Дихання ускладнилося люб'язністю надано законом Далтона
Закон Дальтона говорить, що загальний тиск газової суміші дорівнює сумі всіх газів, що містяться в суміші, як показано в наступному рівнянні:
Цей приклад передбачає, що в суміші існують лише два гази. Одним із наслідків цього закону є те, що на кисень припадає 21 відсоток загального тиску атмосфери, оскільки він становить 21 відсоток атмосфери. Люди, які піднімаються на великі висоти, відчувають закон Далтона, коли намагаються дихати. Коли вони піднімаються вище, парціальний тиск кисню зменшується, оскільки загальний атмосферний тиск зменшується відповідно до закону Далтона. Кисню важко потрапляти в кров, коли парціальний тиск газу зменшується. Коли це трапляється, може виникнути гіпоксія, серйозна медична проблема, яка потенційно може призвести до смерті.
Дивовижні наслідки закону Авогадро
Амадео Авогадро вніс цікаві пропозиції в 1811 році, які формулюють закон Авогадро. У ньому зазначено, що один газ містить таку ж кількість молекул, як інший газ однакового об’єму при однаковій температурі та тиску. Це означає, що коли ви подвоюєте або потроюєте молекули газу, об’єм подвоюється або потроюється, якщо тиск і температура залишаються постійними. Маси газів не будуть однаковими, оскільки вони мають різну молекулярну вагу. Цей закон стверджує, що аеростат та однаковий аеростат, що містить гелій, не важать однаково оскільки молекули повітря - що складаються переважно з азоту та кисню - мають більшу масу, ніж гелій молекули.
Магія відносин зворотного тиску
Роберт Бойл також вивчав інтригуючі взаємозв'язки між обсягом, тиском та іншими властивостями газу. Згідно з його законом, тиск газу, більший за його об'єм, є постійним, якщо газ функціонує як ідеальний газ. Це означає, що тиск газу, збільшений в обсязі в один момент, дорівнює його тиску в обсязі в інший після того, як ви налаштуєте одну з цих властивостей. Наступне рівняння ілюструє це співвідношення:
P_1V_1 = P_2V_2
В ідеальних газах кінетична енергія включає всю внутрішню енергію газу, і якщо ця енергія змінюється, відбувається зміна температури. (посилання 6, перший абзац щодо цього визначення). Принципи цього закону стосуються кількох сфер у реальному житті. Наприклад, при вдиху діафрагма збільшує об'єм легенів. Закон Бойля вважає, що тиск у легенях знижується, внаслідок чого атмосферний тиск наповнює легені повітрям. Зворотне відбувається при видиху. Шприц наповнюється за тим же принципом, потягнувши за його поршень, і обсяг шприца збільшується, викликаючи відповідне зниження тиску всередині. Оскільки рідина знаходиться під атмосферним тиском, вона потрапляє в область низького тиску всередині шприца.