ច្បាប់ឧស្ម័ន

ច្រកស៊ីឡាំងខ្យល់មួយ ។ អ្នកសង្កត់ដងស៊ីឡាំង ។ ខ្យល់នៅក្នុងស៊ីឡាំងកាន់តែតូច តែអ្នកត្រូវសង្កត់កាន់តែខ្លាំង ។ មាឌថយចុះ សម្ពាធកើនឡើង ។ នេះជាច្បាប់ប៊ីយនៅក្នុងដៃរបស់អ្នក ។ ខ្យល់នៅក្នុងស៊ីឡាំងមិនឡើងកម្តៅ មិនត្រជាក់ និងមិនហូរចេញទេ — ដូច្នេះសីតុណ្ហភាព និងបរិមាណឧស្ម័នថេរ ។

យកប៉េងប៉ោងមួយដាក់លើមាត់ដប ហើយដាក់ដបនោះក្នុងទឹកក្តៅ ។ ប៉េងប៉ោងហើមធំឡើង ។ ដាក់ក្នុងទឹកកកវិញ ប៉េងប៉ោងរួញតូចវិញ ។ ខ្យល់មិនបានចេញ មិនបានចូល — តែមាឌរបស់វាប្រែតាមសីតុណ្ហភាព ។ នេះជាច្បាប់សាល ។ សូមកត់សម្គាល់ ៖ យើងត្រូវគិតសីតុណ្ហភាពជា កេលវិន មិនមែនអង្សាសេទេ ។

កំប៉ុងបាញ់ទឹកអប់មួយមានមាឌថេរ ។ ពេលយកទៅទុកក្នុងរថយន្តដែលចតហាលថ្ងៃ សីតុណ្ហភាពក្នុងកំប៉ុងកើនឡើង ។ មាឌមិនអាចកើនឡើងបានទេ ដូច្នេះសម្ពាធកើនឡើងជំនួសវិញ ។ បើសម្ពាធលើសពីកម្រិតដែលកំប៉ុងទ្រាំបាន កំប៉ុងនឹងផ្ទុះ ។ នេះជាច្បាប់កាយ-លូយសាក់ ។

បើយើងសង់ក្រាបមាឌធៀបនឹងសីតុណ្ហភាព យើងបានបន្ទាត់ត្រង់មួយ ។ បន្ទាត់នោះមិនចេះឈប់ទេ — វាបន្តចុះក្រោមទៅឆ្វេង ។ បើគូសបន្ត វាជួបអ័ក្សសីតុណ្ហភាពនៅ −273°C ។ ចំណុចនោះហៅថា សូន្យដាច់ខាត គឺ 0 K ។ ដូច្នេះសីតុណ្ហភាពកេលវិន = អង្សាសេ + 273 ។

ច្បាប់ទាំងបួនមើលទៅដូចជារូបមន្តបួនផ្សេងគ្នា ។ តាមពិតវានិយាយរឿងតែមួយ ៖ ឧស្ម័នមានបរិមាណបួន គឺសម្ពាធ $P$ មាឌ $V$ សីតុណ្ហភាព $T$ និងចំនួនម៉ូល $n$ ។ ច្បាប់នីមួយៗភ្ជាប់ពីរក្នុងចំណោមបួននេះ ហើយ រក្សាពីរទៀតឲ្យថេរ ។ ដូច្នេះមុនពេលគណនា ត្រូវសួរខ្លួនឯងជាមុនថា ៖ «តើអ្វីជាអ្វីដែលថេរ?»

ឧស្ម័នធ្វើពីភាគល្អិតតូចៗដែលហោះចុះឡើងជានិច្ច ។ សម្ពាធគឺជាកម្លាំងនៃការទង្គិចរបស់ភាគល្អិតទាំងនោះទៅលើជញ្ជាំងធុង ។ ដូច្នេះ បើភាគល្អិតច្រើនជាង ឬលឿនជាង ឬចន្លោះតូចជាង សម្ពាធកើន ។ គំនិតនេះពន្យល់ច្បាប់ទាំងបួនបានទាំងអស់ ។

ក្នុងមេរៀនទី ១ ជំពូកទី ៥ យើងបានសិក្សាពីសម្ពាធនៃឧស្ម័ន និងភាពអាចបង្រួម និងពង្រីកបាននៃឧស្ម័ន ។ នៅឆ្នាំ 1662 អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអង់គ្លេសឈ្មោះ រ៉ូបឺតប៊ីយ (Robert Boyle) បានសិក្សាពីទំនាក់ទំនងរវាងសម្ពាធនិងមាឌឧស្ម័ន ។ គាត់បានរកឃើញថា សម្ពាធនៃឧស្ម័ននៅក្នុងប្រព័ន្ធបិទជិត កើនឡើងកាលណាមាឌឧស្ម័នថយចុះ ហើយផលគុណរវាងសម្ពាធ P និងមាឌ V រក្សានៅថេរនៅសីតុណ្ហភាពថេរ ។ ក្នុងតារាងទី 2-1 ជាទិន្នន័យបានពីការពិសោធដែលអនុវត្តតាមប៊ីយនៅសីតុណ្ហភាពថេរ ។

តារាងទី 2.1 ៖ ទិន្នន័យទំនាក់ទំនងសម្ពាធ-មាឌនៃឧស្ម័ននៅសីតុណ្ហភាពថេរ

ច្បាប់ប៊ីយ ៖ «បរិមាណកំណត់នៃឧស្ម័នមួយនៅសីតុណ្ហភាពថេរ មាឌនៃឧស្ម័នកើនឡើង កាលណាសម្ពាធនៃឧស្ម័នថយចុះ និងមាឌនៃឧស្ម័នថយចុះ កាលណាសម្ពាធនៃឧស្ម័នកើនឡើង ។»

ក្នុងតារាងទី 2.2 បង្ហាញពីផលគុណរវាងសម្ពាធនិងមាឌឧស្ម័នរក្សានៅថេរនៅសីតុណ្ហភាពថេរ ។

[UNCLEAR: the source's text on this page refers to «តារាងទី 2.2» for the pressure–volume product, but the table printed on page 160 and shown above is numbered 2.1; the number is kept as printed and the mismatch is listed in section 10.]

ក្រោយសម្ពាធ យើងបន្តទៅសីតុណ្ហភាព ។ សំណួរគឺ ៖ បើយើងរក្សាសម្ពាធថេរ ហើយកម្តៅឧស្ម័ន តើមាឌរបស់វាប្រែដូចម្ដេច? ចម្លើយគឺច្បាប់សាល ។ ដំបូងយើងមើលពិសោធន៍មួយជាមុន ។

នៅឆ្នាំ 1787 អ្នករូបវិទ្យាជនជាតិបារាំងឈ្មោះ ហ្សាក់ សាល (Jacques Charles 1746-1823) បានរកឃើញថាមាឌឧស្ម័នសមាមាត្រទៅនឹងសីតុណ្ហភាពដែលគិតជាខ្នាតកេលវិន K ក្នុងលក្ខខណ្ឌសម្ពាធនិងចំនួនម៉ូលថេរ ។

ច្បាប់សាល ៖ «បរិមាណកំណត់នៃឧស្ម័នមួយនៅសម្ពាធថេរ មានមាឌសមាមាត្រទៅនឹងសីតុណ្ហភាពកេលវិន នៃឧស្ម័ននោះ គឺសមាមាត្រនឹងមាឌឧស្ម័នចែកនឹងសីតុណ្ហភាពជាកេលវិន ។»

[UNCLEAR: the tail of the quoted law — after «នៃឧស្ម័ននោះ» up to the closing quote — is only partly resolvable in the scan; the confident part is «បរិមាណកំណត់នៃឧស្ម័នមួយនៅសម្ពាធថេរ មានមាឌសមាមាត្រទៅនឹងសីតុណ្ហភាពកេលវិន». The meaning is the standard one: $V/T$ is constant when $P$ and $n$ are fixed.]

តាមទ្រឹស្តីស៊ីនេទិច-ម៉ូលេគុល ភាគល្អិតនៃឧស្ម័នធ្វើចលនាកាន់តែលឿន កាលណាសីតុណ្ហភាពកាន់តែធំ ជាហេតុធ្វើឱ្យភាគល្អិតនៃឧស្ម័នទៅទង្គិចនឹងជញ្ជាំង[UNCLEAR: noun for the container, printed between ជញ្ជាំង and ដែលផ្ទុកវា — reads as រថ្លៃ/ធុង but is not resolvable]ដែលផ្ទុកវាដោយកម្លាំងកាន់តែខ្លាំងនិងកាន់តែញឹកញាប់ ។ ការប៉ះទង្គិចគ្នាយ៉ាងខ្លាំងមួយហើយមួយទៀតរវាងភាគល្អិតនៃឧស្ម័នទៅនឹងជញ្ជាំង[UNCLEAR: same container noun]ផ្ទុកវា ធ្វើឱ្យមាឌ[UNCLEAR: same container noun]ផ្ទុកនោះរីកមាឌធំឡើង ដូចករណីប៉េងប៉ោង ។ ផ្ទុយទៅវិញមាឌឧស្ម័នថយចុះ កាលណាសីតុណ្ហភាពនៃឧស្ម័នចុះត្រជាក់ គឺដោយសារ[UNCLEAR: the clause between ដោយសារ and នៃភាគល្អិត is not resolvable — reads as a phrase about the mean motion of the particles]នៃភាគល្អិតឧស្ម័នថយចុះ ។

តារាងទី 2.2 ជាទិន្នន័យដែលទទួលបានក្នុងការពិសោធន៍ ទំនាក់ទំនងរវាងសីតុណ្ហភាព-មាឌនៃឧស្ម័ន ដែលអនុវត្តតាមច្បាប់សាល ។

តារាងទី 2.2 ៖ ទិន្នន័យនៃទំនាក់ទំនងរវាងសីតុណ្ហភាព-មាឌនៅសម្ពាធថេរ

តាមរយៈទិន្នន័យក្នុងតារាងទី 2.2 គេអាចសង់ក្រាបដែលបង្ហាញពីសមាមាត្ររវាងមាឌនិងសីតុណ្ហភាពនៃឧស្ម័ន ។ មើលជួរឈរទី ៣ និងទី ៤ ៖ ពេលសីតុណ្ហភាពកើន មាឌក៏កើន ។ តែពេលគណនា $V/T$ លទ្ធផលនៅតែ 1.46–1.47 គ្រប់ជួរ ។ ដូច្នេះ $V/T$ ថេរ ។

យើងបានដឹងហើយថា សម្ពាធនៃឧស្ម័នកើតឡើងពីការប៉ះទង្គិចរវាងភាគល្អិតនៃឧស្ម័នទៅនឹងផ្ទៃនៃ[UNCLEAR: the noun for the vessel wall after ផ្ទៃនៃ is not resolvable — reads as រត្ត/ធុង]ដែលផ្ទុកវា ។ ចំហាយលំអិតនៃចលនចម្លងនៃភាគល្អិតសមាមាត្រទៅនឹងសីតុណ្ហភាពដាច់ខាតមធ្យម ។ បើសីតុណ្ហភាពដាច់ខាតនៃភាគល្អិតរបស់ឧស្ម័នកើនឡើង នោះចំហាយលំអិត[UNCLEAR: possibly «មធ្យម»]របស់ភាគល្អិតនៃឧស្ម័នក៏កើនឡើងដែរ ។ ក្នុងរូបទី 2.5 បរិមាណឧស្ម័ននៅក្នុងដបមិនប្រែប្រួល បើការប៉ះទង្គិចផ្ទាល់[UNCLEAR: two-word span before នោះសម្ពាធ] នោះសម្ពាធដែលបង្កដោយឧស្ម័នក៏ខ្ពស់ដែរ ។

ច្បាប់កាយ លូយសាក់ ៖ កាយ លូយសាក់ បានសិក្សាពីទំនាក់ទំនងរវាងសីតុណ្ហភាពនិងសម្ពាធនៃឧស្ម័នហើយបានបង្កើតច្បាប់ «នៅមាឌថេរ សម្ពាធនៃឧស្ម័នសមាមាត្រទៅនឹងសីតុណ្ហភាពដាច់ខាត» ។

រូបទី 2.6 ជាក្រាបបង្ហាញពីបម្រែបម្រួលសម្ពាធជាមួយសីតុណ្ហភាពនៃឧស្ម័ន ដែលមានមាឌថេរ ។ ក្រាបជាបន្ទាត់ដែលមានមេគុណប្រាប់ទីសវិជ្ជមាន ហើយកើនឡើងបញ្ជាក់ពីសីតុណ្ហភាព និងសម្ពាធដែលសមាមាត្រនឹងគ្នា ។

នៅឆ្នាំ 1811 អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រជនជាតិអ៊ីតាលីឈ្មោះ អាវ៉ូកាដ្រូ (Avogadro) បានលើកឡើងនូវគំនិតមួយ ៖ គ្រប់ឧស្ម័នទាំងអស់ដែលមានមាឌបូនដូចគ្នានឹងនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌដូចគ្នា មានចំនួនភាគល្អិតស្មើគ្នា ។ ក្នុងរូបទី 2.8 បង្ហាញពីមាឌនៃឧស្ម័នអាសូត អុកស៊ីសែន និងកាបូនឌីអុកស៊ីត ដែលនៅក្នុងនោះមានចំនួនម៉ូលេគុលស្មើគ្នា ។

ដោយសារគំនិតអាវ៉ូកាដ្រូនេះ គេអាចកំណត់រកម៉ាសម៉ូលេគុលនៃអង្គធាតុបានយ៉ាងងាយ ។ តែការយល់ដឹងរបស់អាវ៉ូកាដ្រូនៅសម័យនោះ គេពុំបានទទួលស្គាល់ថាត្រឹមត្រូវនោះទេ ពីព្រោះអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រនាសម័យនោះ ពុំបានស្គាល់ពីការខុសគ្នារវាងអាតូម និងម៉ូលេគុលទេ ។ ក្រោយមក កានីសារ៉ូ (Cannizzaro) អ្នកគីមីវិទ្យាជនជាតិអ៊ីតាលី បានអនុវត្តគោលការណ៍អាវ៉ូកាដ្រូ ហើយបានកំណត់រក[UNCLEAR: two words between រក and នូវ are printed with tight subscripts and are not fully legible]នូវម៉ាសម៉ូលេគុលនៃអង្គធាតុជាច្រើន ។ គំនិតអាវ៉ូកាដ្រូនេះ ត្រូវបានគេទទួលស្គាល់ថាត្រឹមត្រូវ ហើយបង្កើតជាច្បាប់អាវ៉ូកាដ្រូ ៖

ច្បាប់អាវ៉ូកាដ្រូ ៖ នៅលក្ខខណ្ឌសីតុណ្ហភាពនិងសម្ពាធដូចគ្នា គ្រប់ឧស្ម័នទាំងអស់ដែលមានមាឌបូនដូចគ្នាមានចំនួនម៉ូលេគុលស្មើគ្នា ។

តាមរយៈច្បាប់នេះ អ្នកគីមីវិទ្យាបានរកឃើញរូបមន្តនៃសមាសភាគគីមីជាដើមចំហ ។ នៅឆ្នាំ 1858 កានីសារ៉ូ បានប្រើច្បាប់អាវ៉ូកាដ្រូ ដើម្បីដាក់រូបមន្តគីមីពិតត្រូវរបស់ទឹកគឺ H₂O ។

ច្បាប់អាវ៉ូកាដ្រូ គឺមានន័យថា មាឌឧស្ម័នសមាមាត្រនឹងចំនួនម៉ូលនៃឧស្ម័ននៅសីតុណ្ហភាពនិងសម្ពាធដូចគ្នា ។ តែមាឌនៃឧស្ម័នក៏ត្រូវផ្លាស់ប្តូរតាមសីតុណ្ហភាពនិងសម្ពាធផងដែរ ។ ដើម្បីវាស់មាឌឧស្ម័ន គេត្រូវជ្រើសរើសលក្ខខណ្ឌសីតុណ្ហភាពនិងសម្ពាធមួយ ។

ឧទាហរណ៍ អាហ្កុនជាឧស្ម័នហូតនៅជាអាតូម ។ មួយម៉ូលអាតូមអាហ្កុនមានម៉ាស 39.95 g/mol ។ នៅសីតុណ្ហភាព 0°C និងសម្ពាធ 1 atm អាហ្កុន 39.95 g មានមាឌ 22.4 L ។

ដូច្នេះឧស្ម័នមួយម៉ូលមានមាឌ 22.4 L នៅលក្ខខណ្ឌស្តង់ដារនៃសីតុណ្ហភាពនិងសម្ពាធ ។ ម៉ាសនៃឧស្ម័ន 22.4 L នៅសីតុណ្ហភាព 0°C និងសម្ពាធ 1 atm ស្មើនឹងម៉ាសម៉ូលនៃឧស្ម័ន ។

• មាឌនៃឧស្ម័នមួយម៉ូល នៅ 0°C និង 1 atm = 22.4 L
• ម៉ាសម៉ូលអាហ្កុន = 39.95 g/mol

នៅ 0°C និង 1 atm ឧស្ម័នមួយម៉ូលមានមាឌ 22.4 L ។ លេខនេះត្រូវចងចាំ ព្រោះវាភ្ជាប់ម៉ូលទៅនឹងមាឌឧស្ម័នដោយផ្ទាល់ ៖ $n=V/22.4$ ពេល $V$ គិតជា L នៅ 0°C និង 1 atm ។

រូបមន្ត៖ ទំនាក់ទំនងសម្ពាធ-មាឌនៅសីតុណ្ហភាពថេរ

$$PV=k$$

- $P$ ៖ សម្ពាធឧស្ម័ន (ឯកតា៖ kPa)

- $V$ ៖ មាឌឧស្ម័ន (ឯកតា៖ L)

- $k$ ៖ តម្លៃថេរ (ឯកតា៖ kPa×L) — ថេរតែនៅសីតុណ្ហភាពថេរ និងបរិមាណឧស្ម័នថេរ

- ប្រើពេលណា៖ ពេលដឹងសម្ពាធនិងមាឌមួយគូ ហើយចង់បានផលគុណថេរ $k$ ឬផ្ទុយមកវិញ ។

- ចំណាំ៖ ក្នុងតារាងទី 2.1 $k\approx 50.0$ kPa×L គ្រប់ជួរ ។ លេខ (៨៧) ដែលបោះពុម្ពនៅខាងស្ដាំរូបមន្ត [UNCLEAR: the two digits inside the bracket could not be read with confidence].

- ទម្រង់បំប្លែង៖ $k=PV$, $P=k/V$, $V=k/P$

រូបមន្ត៖ សមីការរវាងស្ថានភាពពីរ (សីតុណ្ហភាពថេរ)

$$P_1{V}_1=P_2{V}_2$$

- $P_1$ ៖ សម្ពាធដើម (ឯកតា៖ kPa ឬ atm — ដូចគ្នាទាំងសងខាង)

- $V_1$ ៖ មាឌដើម (ឯកតា៖ L ឬ mL — ដូចគ្នាទាំងសងខាង)

- $P_2$ ៖ សម្ពាធថ្មី (ឯកតា៖ kPa ឬ atm)

- $V_2$ ៖ មាឌថ្មី (ឯកតា៖ L ឬ mL)

- លក្ខខណ្ឌ៖ សីតុណ្ហភាពថេរ និងបរិមាណឧស្ម័នកំណត់ ។

- ប្រើពេលណា៖ ពេលឧស្ម័នដូចគ្នាប្រែពីស្ថានភាពមួយទៅស្ថានភាពមួយទៀត ដោយសីតុណ្ហភាពមិនប្រែ ។

- ចំណាំ៖ ឯកតាត្រូវដូចគ្នាទាំងសងខាង ។ បើ $P$ ជា atm ទាំងពីរ នោះ $V$ អាចនៅ L ឬ mL ក៏បាន — ឯកតានឹងដកខ្លួនចេញ ។

- កុំច្រឡំ៖ ច្បាប់ប៊ីយភ្ជាប់ សម្ពាធ និងមាឌ (សីតុណ្ហភាពថេរ) ។ ច្បាប់សាលភ្ជាប់ មាឌ និងសីតុណ្ហភាព (សម្ពាធថេរ) ។ បើសួររកមាឌពេលកម្តៅប្រែ ត្រូវប្រើច្បាប់សាល មិនមែនច្បាប់ប៊ីយទេ ។

- ទម្រង់បំប្លែង៖ $P_2=\frac{P_1{V}_1}{V_2}$, $V_2=\frac{P_1{V}_1}{P_2}$, $P_1=\frac{P_2{V}_2}{V_1}$, $V_1=\frac{P_2{V}_2}{P_1}$