Prawa gazowe

Prawo Boyle’a-Mariotte’a

W stałej temperaturze T = const. objętość właściwa gazu V zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do ciśnienia gazu p. Objętość gazu jest tym większa, im mniejsze jest jego ciśnienie i odwrotnie, tym mniejsza, im większe jest jego ciśnienie. Dla dowolnej masy gazu M iloczyn objętości V i ciśnienia p jest wielkością stałą.

p * V = CONSTANS

W odniesieniu do dwóch stanów gazu o parametrach: p₁, V₁ i p₂ i V₂

p₁ * V₁ = p₂ * V₂

Na podstawie zależności między objętością właściwą ni i ciężarem właściwym c, prawo określa, że w stałej temperaturze T = constans ciężar właściwy gazu c zmienia się wprost proporcjonalnie do ciśnienia gazu .

p₁ / p₂ = c₁ / c₂

Prawo Gay-Lussaca

Pod stałym ciśnieniem p = constans gaz ogrzewany lub ochładzany o 1°C, zwiększa lub zmniejsza swoją objętość o 1/273, w odniesieniu do objętości jaką miał w temperaturze 0°C. Pod stałym ciśnieniem p = constans objętość gazu V zmienia się wprost proporcjonalnie do temperatury bezwzględnej gazu T.

V / T = CONSTANS

W odniesieniu do dwóch stanów gazu o parametrach: V₁, T₁ i V₂ i T₂

V₁ / V₂ = T₁ / T₂

Równanie Clapeyrona (Równanie gazu doskonałego)

Połączenie praw Boyle’a-Mariotte’a i Gay-Lussaca prowadzi do równania stanu gazu znanego jako równanie Clapeyrona. Dla każdego, dowolnego stanu gazu, iloczyn ciśnienia p i objętości właściwej V, dzielony przez temperaturę absolutną T jest wielkością stałą R.

(p * V)/T = constans = R

Wynika stąd że ilość gazu w danej objętości jest określona w sposób dokładny przy znanych jednocześnie ciśnieniu i temperaturze absolutnej.
Wielkość R nazywana jest stałą gazową i wynosi R = 8.314 J/K*mol. W odniesieniu do dwóch stanów gazu o parametrach: p₁, V₁, T₁ i p₂, V₂ i T₂

(p₁ * V₁)/T ₁=(p₂ * V₂)/T ₂

Przy wysokich ciśnieniach gazu (kilkudziesięciu bar) konieczne jest stosowanie współczynnika ściśliwości Z. Równanie Clapeyrona dla gazów znajdującym się pod wysokim ciśnieniem przyjmuje postać:

(p * V)/T = Z * R

Prawo Avogadra

Jednakowe objętości różnych gazów w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem zawierają taką samą ilość cząsteczek. Na podstawie prawa Avogadra można otrzymać zależności pozwalające ostatecznie uzyskać objętość 1 kilomola dowolnego gazu w warunkach normalnych równą 22.4 m³. Na podstawie prawa Avogadra można obliczyć gęstość gazu c, przeliczając jednostki masy na jednostki objętości.

c = M / 22.4

M masa 1 kilomola gazu w kg równa liczbowo masie cząsteczkowej gazu.
Gazy, które dokładnie spełniają prawo Gay-Lussaca i równanie Clapeyrona noszą nazwę gazów doskonałych. Najbardziej zbliżone do gazu doskonałego są wodór i hel. Gazy rzeczywiste, takie jak: wodór, hel, tlen, azot, powietrze itp. w typowych do ich zastosowań w technice temperaturach wykazują niewielkie odstępstwa od praw gazowych, stąd posługiwanie się tymi prawami w praktyce, w obliczeniach dotyczących tych gazów, nie powoduje istotnych błędów.