ΟΙ ΝΟΜΟΙ ΣΩΝ ΑΕΡΙΩΝ Η κατάσταση στην οποία βρίσκεται ένα αέριο περιγράφεται μακροσκοπικά από την πίεση, τον όγκο και τη θερμοκρασία του. Η μέτρηση αυτών των μεγεθών και η πιθανή συσχέτιση μεταξύ οδήγησε στην διατύπωση των αντίστοιχων νόμων. Αν θεωρήσουμε μια σταθερή ποσότητα αερίου,αυτή μπορούμε να την υποβάλουμε στις παρακάτω μεταβολές. Ισόθερμη μεταβολή την μεταβολή αυτή διατηρώντας σταθερή τη θερμοκρασία του αερίου παρατηρούμε ότι η πίεση μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα με τον όγκο του. Έτσι σε μια ισόθερμη μεταβολή όπου μια σταθερή ποσότητα αέριου μεταβαίνει από μια κατάσταση Α σε μια κατάσταση Β ισχύει: P A V A = P B V B, Nόμος Boyle P Α & V A η πίεση και ο όγκος του αερίου στην κατάσταση Α P Β & V Β η πίεση και ο όγκος του αερίου στην κατάσταση Β τα παρακάτω διαγράμματα φαίνεται μια ισόθερμη μεταβολή ΑΒ όπως απεικονίζεται γραφικά σε διάφορα ζεύγη αξόνων α) πίεσης όγκου β) πίεσης θερμοκρασίας γ) όγκος -θερμοκρασίας Η μεταβολή ΑΒ (από το Α Β ) χαρακτηρίζεται ισόθερμη εκτόνωση (αύξηση του όγκου). Ενώ η μεταβολή ΒΑ (από το Β Α) χαρακτηρίζεται ισόθερμη συμπίεση (μείωση του όγκου). Νίκος Κυριαζόπουλος - Υυσικός - 1
Ισόχωρη μεταβολή την μεταβολή αυτή διατηρώντας σταθερό τον όγκο του αερίου παρατηρούμε ότι η πίεση μεταβάλλεται ανάλογα με την απόλυτη θερμοκρασία του. Έτσι σε μια ισόχωρη μεταβολή όπου μια σταθερή ποσότητα αέριου μεταβαίνει από μια κατάσταση Α σε μια κατάσταση Β ισχύει: Ρ Α = Ρ Β, Nόμος Charles P Α & Σ A η πίεση και η θερμοκρασία του αερίου στην κατάσταση Α P Β & Σ Β η πίεση και η θερμοκρασία του αερίου στην κατάσταση Β τα παρακάτω διαγράμματα φαίνεται μια ισόχωρη μεταβολή ΑΒ όπως απεικονίζεται γραφικά σε διάφορα ζεύγη αξόνων α) πίεσης όγκου β) πίεσης θερμοκρασίας γ) όγκος -θερμοκρασίας Η μεταβολή ΑΒ (από το Α Β ) χαρακτηρίζεται ισόχωρη θέρμανση (αύξηση της θερμοκρασίας). Ενώ η μεταβολή ΒΑ (από το Β Α) χαρακτηρίζεται ισόχωρη ψύξη (μείωση της θερμοκρασίας. Ισοβαρής μεταβολή την μεταβολή αυτή διατηρώντας σταθερή την πίεση του αερίου παρατηρούμε ότι ο όγκος του μεταβάλλεται ανάλογα με την απόλυτη θερμοκρασία του. Έτσι σε μια ισόβαρης μεταβολή όπου μια σταθερή ποσότητα αέριου μεταβαίνει από μια κατάσταση Α σε μια κατάσταση Β ισχύει: Νίκος Κυριαζόπουλος - Υυσικός - 2
V Α = V Β, Nόμος Charles VΑ & ΣA η πίεση και η θερμοκρασία του αερίου στην κατάσταση Α VΒ & ΣΒ η πίεση και η θερμοκρασία του αερίου στην κατάσταση Β τα παρακάτω διαγράμματα φαίνεται μια ισόχωρη μεταβολή ΑΒ όπως απεικονίζεται γραφικά σε διάφορα ζεύγη αξόνων. α) πίεσης όγκου β) πίεσης θερμοκρασίας γ) όγκος θερμοκρασίας Η μεταβολή ΑΒ (από το Α Β ) χαρακτηρίζεται ισόβαρής θέρμανση ή ισόβαρής εκτόνωση. Ενώ η μεταβολή ΒΑ (από το Β Α) χαρακτηρίζεται ισοβαρής ψύξη ή ισόβαρής συμπίεση. Νίκος Κυριαζόπουλος - Υυσικός - 3
ΤΝΟΠΣΙΚΑ ΣΑ ΕΙΔΗ ΜΕΣΑΒΟΛΩΝ Ισόθερμη T= σταθερή Ισόχωρη V= σταθερός Ισοβαρής Ρ = σταθερή εκτόνωση, αν συμβαίνει σύξηση του όγκου του σερίου, (Vτελ > Vορχ) συμπίεση, αν συμβσίνει μείωση του όγκου του σερίου. (Vτελ < Vαρχ) Θέρμανση, αν συμβαίνει αύξηση της θερμοκρσσίσς του σερίου, (Ττελ>Ταρχ ) ψύξη, αν συμβσίνει μείωση της θερμοκρασίας του σερίου, (Στελ<Σαρχ) Εκτόνωση - Θέρμανση. Μια ισοβαρής εκτόνωση συνοδεύετσι με θέρμσνση του σερίου, υμπίεση - ψύξη. Μια ισοβσρής συμπίεση συνοδεύετσι με ψύξη του σερίου. υνδυάζοντας τους τρις παραπάνω νόμους προκύπτει η σχέση : Ρ Α V Α = P BV Β η οποία αναφέρεται και ως συνδυαστικός νόμος των αερίων. Γενικότερα οι νόμοι των αερίων ισχύουν για όλα τα αέρια με μικρές ή μεγάλες αποκλίσεις. Επιπλέον όταν οι θερμοκρασίες πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν δεν ισχύουν οι νόμοι των αερίων. Νίκος Κυριαζόπουλος - Υυσικός - 4
Αν μια ποσότητα αέριου υπακούει με ακρίβεια τους νόμους των αερίων για κάθε τιμή των τριών καταστατικών μεγεθών πίεση, απόλυτη θερμοκρασία και όγκος,χαρακτηρίζεται ιδανικό. Σα μεγέθη αυτά συνδέονται με μια σχέση που ονομάζεται καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων και έχει γενικότερη ισχύ είτε η ποσότητα του αερίου αλλάζει είτε όχι. P V=nRT n : αριθμός των mole της ποσότητας του αερίου R: Παγκόσμια σταθερά των ιδανικών αερίων η οποία ανάλογα με το σύστημα μονάδων μπορεί να πάρει τις παρακάτω τιμές : Κ Α Ν Ο Ν Ι Κ Ε Τ Ν Θ Η Κ Ε ( S T P ) ΘΕΡΜΟΚΡΑΙΑ 273 ο Κ, ΠΙΕΗ 1 atm, ΟΓΚΟ 22,4 L (γραμμομοριακός όγκος) Νίκος Κυριαζόπουλος - Υυσικός - 5