ОБЩИЙ ГАЗОВЫЙ ЗАКОН: ФОРМУЛЫ, ПРИЛОЖЕНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ - ХИМИЯ - 2026

Общий закон газа является результатом сочетания закон Бойля-Мариотта, закон Шарля и закон Гей-Люссака; фактически, эти три закона можно рассматривать как частные случаи общего закона газа. В свою очередь, общий газовый закон можно рассматривать как частную формулировку закона идеального газа.

Общий газовый закон устанавливает взаимосвязь между объемом, давлением и температурой газа. Таким образом, он утверждает, что для данного газа произведение его давления на объем, который он занимает, деленное на температуру, при которой он находится, всегда остается постоянным.

Газы присутствуют в различных процессах в природе и в большом количестве применений, как в промышленности, так и в повседневной жизни. Поэтому неудивительно, что общий газовый закон имеет множество разнообразных приложений.

Например, этот закон позволяет объяснить работу различных механических устройств, таких как кондиционеры и холодильники, работу воздушных шаров, и даже может быть использован для объяснения процессов образования облаков.

Формулы

Математическая формулировка закона следующая:

P ∙ V / T = К

В этом выражении P - давление, T - температура (в градусах Кельвина), V - объем газа, а K - постоянное значение.

Предыдущее выражение можно заменить следующим:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

Это последнее уравнение весьма полезно для изучения изменений, которым подвергаются газы при изменении одной или двух термодинамических переменных (давления, температуры и объема).

Закон Бойля-Мариотта, закон Шарля и закон Гей-Люссака

Каждый из вышеупомянутых законов связывает две термодинамические переменные в случае, если третья переменная остается постоянной.

Закон Чарльза гласит, что объем и температура прямо пропорциональны, пока давление остается неизменным. Математическое выражение этого закона следующее:

V = К ₂ ∙ Т

Со своей стороны, закон Бойля устанавливает, что давление и объем имеют обратную зависимость друг от друга, когда температура остается постоянной. Математически закон Бойля резюмируется следующим образом:

P ∙ V = K ₁

Наконец, закон Гей-Люссака гласит, что температура и давление прямо пропорциональны в случаях, когда объем газа не меняется. Математически закон выражается следующим образом:

Р = К ₃ ∙ Т

В этом выражении K ₁ , K ₂ и K ₃ представляют разные константы.

Закон идеального газа

Общий газовый закон можно получить из закона идеального газа. Закон идеального газа - это уравнение состояния идеального газа.

Идеальный газ - это гипотетический газ, состоящий из точечных частиц. Молекулы этих газов не оказывают друг на друга гравитационной силы, и их столкновения характеризуются полностью упругостью. Таким образом, значение его кинетической энергии прямо пропорционально его температуре.

Настоящие газы, поведение которых наиболее похоже на поведение идеальных газов, являются одноатомными газами при низких давлениях и высоких температурах.

Математическое выражение закона идеального газа выглядит следующим образом:

P ∙ V = n ∙ R ∙ T

Это уравнение n - количество моль, а R - универсальная постоянная идеальных газов, значение которой составляет 0,082 атм ∙ л / (моль ∙ K).

Приложения

Как общий газовый закон, так и законы Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака можно найти во множестве физических явлений. Таким же образом они служат для объяснения работы множества разнообразных механических устройств повседневной жизни.

Например, в скороварке можно соблюдать закон Гей-Люссака. В горшке объем остается постоянным, поэтому, если температура газов, которые в нем накапливаются, увеличивается, внутреннее давление в горшке также увеличивается.

Другой интересный пример - воздушный шар. Его работа основана на Чарльзе Лоу. Учитывая, что атмосферное давление можно считать практически постоянным, при нагревании газа, наполняющего воздушный шар, его объем увеличивается; таким образом его плотность уменьшается, и воздушный шар может подниматься.

Решенные упражнения

Первое упражнение

Определите конечную температуру газа, начальное давление которого в 3 атмосферы увеличивается вдвое до достижения давления в 6 атмосфер, уменьшая при этом его объем с 2 литров до 1 литра, зная, что начальная температура газа составляла 208, 25 ºК.

Решение

Подставив следующее выражение:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

ты должен:

Решая для, получаем, что T ₂ = 208,25 ºK

Второе упражнение

Для газа, находящегося под давлением 600 мм рт. Ст., Занимающего объем 670 мл и имеющего температуру 100 ° C, определите, каким будет его давление при 473 ° K, если при этой температуре он занимает объем 1500 мл.

Решение

В первую очередь желательно (и вообще необходимо) преобразовать все данные в единицы международной системы. Таким образом, вам необходимо:

P ₁ = 600/760 = 0,789473684 атм примерно 0,79 атм

V ₁ = 0,67 л

T ₁ = 373 ºK

P ₂ =?

V ₂ = 1,5 л

T ₂ = 473 ºK

Подставив следующее выражение:

P ₁ ∙ V ₁ / T ₁ = P ₂ ∙ V ₂ / T ₂

ты должен:

0,79 ∙ 0,67 / 373 = P ₂ ∙ 1,5 / 473

Решая для P _2, получаем:

P ₂ = 0,484210526 примерно 0,48 атм.

Ссылки

1. Скьявелло, Марио; Висенте Рибес, Леонардо Пальмизано (2003). Основы химии. Барселона: от редакции Ariel, SA
2. Лайдер, Кейт, Дж. (1993). Издательство Оксфордского университета, изд. Мир физической химии.
3. Общее газовое право. (Й). В Википедии. Получено 8 мая 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.
4. Газовые законы. (Й). В Википедии. Получено 8 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
5. Зумдал, Стивен С (1998). Химические принципы. Компания Houghton Mifflin.