gáztörvények
(Charles-törvény, Charles nyomásra vonatkozó törvénye, Gay-Lussac törvény, állapotegyenlet, egyesített gáztörvény, Beattie-Bridgman-egyenlet)

Egy adott minőségű gáz egyensúlyi állapota egyértelműen meghatározható általános állapotjelzői [tömeg (m), térfogat (V), nyomás (p) és hőmérséklet (T)] alapján. Ezeknek a fizikai tényezőknek a megváltozása befolyásolja a gáz állapotát és magával vonja egy, vagy több másik tényező megváltozását is.

A Boyle-Mariotte törvény szerint
Adott gázmennyiség nyomásának (p) és térfogatának (v) szorzata azonos hőmérsékleten állandó.

pv = állandó (konstans)

A Charles-törvény szerint

Egy adott tömegű gáznak állandó nyomáson a térfogata a 0°C-os térfogatának minden egyes Celsius- vagy Kelvin-fok hőmérséklet emelkedéskor egy állandó törtrészével terjed ki.
Bármely ideális gáz esetében a törtrész körülbelül 1/273.
Ez kifejezhető a következő egyenlettel:

V=V0(1+t/273),

ahol
V₀ a térfogat 0°C-on
V a térfogat t hőmérsékleten.

Egyenértékű azzal a megállapítással, hogy egy adott tömegű gáz térfogata állandó nyomáson arányos a termodinamikai hőmérsékletével, V=kT, ahol k egy konstans.
A törvény azoknak a kísérleteknek az eredménye, amelyeket 1787-ben Jacques Charles kezdett el, de helyesen, pontosabb eredményekkel 1802-ben Gay-Lussac publikált. Így, a törvény Gay–Lussac-törvény néven ismert (lásd lentebb).

Egy, a fent megadott egyenlethez hasonló egyenlet alkalmazható az ideális gázok nyomására:

p=p0(1+t/273)

Az összefüggés Charles nyomásra vonatkozó törvényeként ismert.

A Gay-Lussac törvény szerint
Állandó nyomás (p) esetén a térfogat (v) növekedése arányos hőmérséklettel (t) a következő egyenlet szerint:

v₁ = v₀ + 0,00366 v₀ t

ahol
v₁ a t°C-on
v₀ a 0°C-on mért térfogat
t a hőmérséklet °C-ban

Közönséges törttel felírva az egyenletet:

v₁ = v₀ (1 + t/273)

A gáz térfogatát (v) állandó értéken tartva a nyomás (p) nő ugyan ilyen mértékben

p₁ = p₀ + 0,00366 p₀ t

ahol
p₁ a t°C-on, p₀ a °C-on mért nyomás
t a hőmérséklet °C-ban

Közönséges törttel felírva az egyenletet:

p₁ = p₀ (1 + t/273)

Az egyesített gáztörvény Boyle-Mariotte és Gay-Lussac törvényeinek egyesített változata, amely egy adott tömegű ideális gáz nyomása, térfogata és hőmérséklete között állapít meg összefüggést:

p₁v₁/T₁ = p₂v₂/T₂ = állandó

Az állandó értéke Avogadro törvénye alapján meghatározható:

R = p₀v₀/T₀

Ahol az R gázállandó [értéke normálállapotban (0°C, 101 Pa) 8.31J/Mol*K].
A gázállandó ismeretében kiszámítható az összefüggés az állapotjelzők között (állapotegyenlet):

Pv = nRT

ahol
p a T abszolút hőmérsékletű V térfogatba zárt gáz n mólnyi mennyiségű gáz által kifejtett nyomás
R a gázállandó

Beattie-Bridgman-egyenlet

Egy gáz nyomására, térfogatára, hőmérsékletére és a gázállandóra vonatkozó állapotegyenlet. (1927-ben Beattie és Bridgman állította fel.)
A különböző típusú molekuláris aggregációk miatt a molekulák tényleges számában létrejött csökkenést empirikus állandókkal veszi figyelembe a következőképpen:

P=RT(1-e)(V+B)/V2-A/V²

Ahol
P a nyomás
T a termodinamikai hőmérséklet
V a térfogat
R a gázállandó
A, B és e állandók, amelyek öt empirikus állandóra: A₀, B₀, a, b, és c-re vonatkoznak, a következőképpen:

A=A₀(1-a/V), B=B₀(1-b/V) és e=c/VT³.

Felhasznált irodalom