Legile gazelor

Starea de agragare in care se gaseste o substanta este dependenta de presiune, de volum si de temperatura. Aceste marimi se numesc variabile de stare, intrucat folosesc la descrierea starii unei substante sau a unui amestec. La o anumita cantitate de substanta, variabilele de stare sunt dependente intre ele. De exemplu, cand se incalzeste un corp, el se dilata, adica volumul este o functie de temperatura; daca se mareste volumul unui gaz la temperatura constanta, inseamna ca presiunea se micsoreaza, deci este dependenta de volum. Relatia matematica a variabilelor de stare reprezinta ecuatia termica de stare a substantei respective. Astfel, daca se noteaza presiunea cu p, volumul cu V si temperatura absoluta cu T, atunci intre aceste marimi exista relatia functionala:

f(p, V, T)=0de unde, de exemplu, presiunea se poate exprima ca functie de volum si temperatura, adica p=f(V,T). La gaze, fortele de atractie reciproca intre particule sunt slabe. Din acest punct de vedere se face o deosebire intre gaze perfecte sau ideale si gaze reale.

Gaze perfecte(ideale)Prin gaze pefecte(ideale) se inteleg gazele la care fortele de atractie reciproca intre particule pot fi considerate nule. Pentru a cerceta ecuatia termica de stare a gazelor perfecte se va considera constanta cate una din variabilele de stare si se va studia dependenta intre celelalte doua. Legile deduse astfel vor fi cuprinse apoi intr-o lege generala.

Legea lui Boyle-Mariotte Legea lui Boyle- Mariotte arata ca : la temperatura constanta, volumul unei mase determinate de gaz este invers proportional cu presiunea sub care se afla gazul. De exemplu, daca se dubleaza presiunea exercitata asupra a 2l gaz, volumul gazului descreste pana la 1 l. Matematic legea se scrie:V1/ V2 = p2/ p1 ,sau p1 V1= p2 V2 ,in care V1 si p1 reprezinta volumul si presiunea initiala a gazului, iar V2 si p2, noul volum si noua presiune. Deci, la temperatura constanta, produsul dintre presiunea si volumul unei mase anumite de gaz este constant:pV=k; k=const.

k este o constanta valabila pentru o anumita temperatura( si anumita cantitate de gaz). Reprezentand grafic dependenta presiunii p de volumul V se obtine pentru fiecare tempe-ratura o hiperbola echilaterala. Asemenea curbe se numesc izoterme(in lb. greaca: isos= egal, thermos= cald).

Legea lui Boyle-Mariotte are valabilitate in domeniul presiunilor nu prea mari si la temperaturi normale. La presiuni foarte inalte, toate gazele prezinta abateri de la aceasta lege.Astfel, de exemplu, daca la azot la presiunea de 1 At, produsul pV=1, la 1000 At, pV>2, ceea ce dovedeste o abatere de la comportarea de gaz perfect.

Legea lui Gay-Lussac

Variatia volumului unui gaz cu temperatura la presiune constanta este exprima-ta prin legea lui Gay-Lussac: la presiune constanta, volumul unei mase determinate de gaz se mareste(sau se micsoreaza), pentru fiecare crestere(sau scadere) de 1 C, cu 1/273 din volumul pe care il ocupa la 0 C). Valoarea 1/273, mai exact 1/273,15, se numeste coeficientul de dilatare termica a gazelor ideale. Notand cu V0 volumul gazului la 0 C, iar cu V1 volumul pe care il ocupa la temperatura t1, legea se poate scrie:V1= V0+V0/273t1=V0(273+t1/273).

Adoptand notarea temperaturilor in grade Kelvin: T=273+t, legea lui Gay-Lussac poate fi exprimata intr-o forma mai adecvata:V1= V0*T1/273.

Deoarece V0/273 are o valoare constanta pentru gazul respectiv, inseamna ca la o temperatura T2, volumul aceluiasi gaz va fi: V1= V0 *T2/273.

Asadar:V1/V2=T1/T2 sau V1/T1= V2/T2.

Deci, la presiune constanta, volumul unei mase determinate de gaz variaza direct proportional cu temperatura absoluta:V/T=k’; k’=const;

Reprezentarea grafica a relatiei intre volumul gazului si temperatura la presiu-ne constanta este o dreapta care intersecteaza ordonata intr-un punct ce corespunde valo-rii V0. O asemenea dreapta se numeste izobara(in lb. greaca barys=greu). Pentru mase diferite de gaze rezulta o familie de drepte care intersecteaza ordonata in puncte diferite si se intalnesc intr-un punct pe abscisa, corespunzator la t=-273 C

In mod analog, legea lui Gay-Lussac arata ca: la volum constant, presiunea unui gaz creste(sau scade) pentru fiecare crestere(sau scadere) de 1 C, cu 1/273 din presiunea pe care o are gazul la 0 C. Asa, de exemplu, un gaz cu volumul de 273 ml la 0 C are volumul 273 ml la 1 C(si aceeasi presiune), de 275 ml la 2 C, de 373 ml la 100 C etc. Daca se noteaza cu p0 presiunea gazului la 0 C, iar cu p1 presiunea gazului la temperatura t1, aceasta lege se poate scrie:p1=p0+p0/273* t1=p0((273+t1)/273).

Rationand in modul aratat mai sus, se ajunge la relatia:p1/ p2= T1/ T2 sau p1/ T1= p2/T2.

Deci, la volum constant, presiunea unei mase determinate de gaz variaza direct proportional cu temperatura absoluta:P/T=k’’; k’’=const.

Reprezentarea grafica a relatiei dintre presiunea gazului si temperatura la volum constant este o

dreapta care intersecteaza ordonata intr-un punct ce corespunde valorii p0. O asemenea dreapta se numeste izocora(in lb. greaca: core=spatiu).