Under århundradena har forskare upptäckt lagar som förklarar hur egenskaper som volym och tryck påverkar hur gaser beter sig. Du ser verkliga tillämpningar av minst en av dessa lagar – Boyles lag – dagligen, kanske utan att någonsin veta att du iakttar viktiga vetenskapliga principer i aktion.
Molekylär rörelse, volym och fotbollar
Enligt Charles lag är volymökningen proportionell mot temperaturökningen om man värmer en fast mängd gas vid konstant tryck. Demonstrera denna lag genom att observera hur en uppblåst fotboll som har varit inomhus blir mindre om du tar den ut en kall dag. Propandistributörer drar fördel av Charles lag genom att sänka temperaturen till -42,2 grader Celsius (-44 Fahrenheit) – en åtgärd som omvandlar propan till en vätska som är lättare att transportera och lagra. Propan blir flytande eftersom när temperaturen sjunker kommer gasens molekyler närmare varandra och volymen minskar.
Andning blir svår med Daltons lag
Daltons lag säger att en gasblandning det totala trycket är lika med summan av alla gaser som ingår i blandningen.
Detta exempel antar att det bara finns två gaser i blandningen. En konsekvens av denna lag är att syre står för 21 procent av atmosfärens totala tryck eftersom det utgör 21 procent av atmosfären. Människor som stiger upp till höga höjder upplever Daltons lag när de försöker andas. När de klättrar högre, minskar syrets partialtryck när det totala atmosfärstrycket minskar i enlighet med Daltons lag. Syre har svårt att ta sig in i blodomloppet när gasens partialtryck minskar. Hypoxi, ett allvarligt medicinskt problem som potentiellt kan leda till döden, kan uppstå när detta händer.
Överraskande konsekvenser av Avogadros lag
Amadeo Avogadro lade fram intressanta förslag 1811 som nu formulerar Avogadros lag. Den säger att en gas innehåller samma antal molekyler som en annan gas med samma volym vid samma temperatur och tryck. Det betyder att när du fördubblar eller tredubblar en gass molekyler, fördubblas eller tredubblas volymen om tryck och temperatur förblir konstanta. Massorna av gaserna kommer inte att vara desamma eftersom de har olika molekylvikter. Denna lag säger att en luftballong och en identisk ballong som innehåller helium inte väger lika mycket eftersom luftmolekyler – som främst består av kväve och syre – har mer massa än heliummolekyler.
Sambanden mellan volym, tryck, och andra gasegenskaper
Robert Boyle studerade också de spännande sambanden mellan volym, tryck och andra gasegenskaper. Enligt hans lag är en gass tryck gånger dess volym en konstant om gasen fungerar som en idealgas. Detta innebär att en gass tryck gånger volym vid ett ögonblick är lika med dess tryck gånger volym vid ett annat efter att du justerat en av dessa egenskaper. Följande ekvation illustrerar detta samband:
I idealgaser omfattar kinetisk energi all gasens inre energi och en temperaturförändring sker om denna energi förändras. (ref 6 första stycket om denna definition). Denna lags principer berör flera områden i det verkliga livet. Till exempel, när du andas in, ökar din diafragma volymen på dina lungor. Boyles lag säger att lungtrycket minskar, vilket gör att atmosfärstrycket fyller lungorna med luft. Det omvända händer när du andas ut. En spruta fylls med samma princip dra i kolven och sprutans volym ökar, vilket orsakar en motsvarande tryckminskning inuti. Eftersom vätskan har atmosfärstryck rinner den in i lågtrycksområdet inuti sprutan.
