กฎแก๊สอุดมคติ (Ideal gas law) เป็นความสัมพันธ์ระหว่างความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิของแก๊ส ภายใต้เงื่อนไขที่ว่าโมเลกุลของแก๊สไม่มีแรงดึงดูดระหว่างกัน และมีขนาดและรูปร่างของโมเลกุลมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับปริมาตรของภาชนะ
สมการของกฎแก๊สอุดมคติคือ
1 | PV = nRT |
โดยที่
- P คือความดันของแก๊ส (ปาสกาล)
- V คือปริมาตรของแก๊ส (ลูกบาศก์เมตร)
- n คือจำนวนโมลของแก๊ส
- R คือค่าคงที่ของก๊าซอุดมคติ (8.314472 J/mol·K)
- T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของแก๊ส (เคลวิน)
กฎแก๊สอุดมคติสามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแก๊สในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรมมากมาย ตัวอย่างเช่น
- การขยายตัวของแก๊ส กฎแก๊สอุดมคติสามารถอธิบายได้ว่า เมื่ออุณหภูมิของแก๊สเพิ่มขึ้น ความดันของแก๊สก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ทำให้แก๊สเกิดการขยายตัว
- การอัดแก๊ส กฎแก๊สอุดมคติสามารถอธิบายได้ว่า เมื่อความดันของแก๊สเพิ่มขึ้น ปริมาตรของแก๊สก็จะลดลง
- การขนส่งแก๊ส กฎแก๊สอุดมคติสามารถอธิบายได้ว่า ความดันของแก๊สในถังอัดแก๊สจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิของแก๊ส
ข้อจำกัดของกฎแก๊สอุดมคติ
กฎแก๊สอุดมคติมีข้อจำกัดบางประการ ดังนี้
- โมเลกุลของแก๊สไม่มีแรงดึงดูดระหว่างกัน ในทางปฏิบัติ โมเลกุลของแก๊สจะมีแรงดึงดูดระหว่างกันเล็กน้อย ทำให้กฎแก๊สอุดมคติไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแก๊สได้อย่างแม่นยำ
- ขนาดและรูปร่างของโมเลกุลของแก๊สมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับปริมาตรของภาชนะ ในทางปฏิบัติ ขนาดและรูปร่างของโมเลกุลของแก๊สจะมีผลต่อสมบัติของแก๊ส ทำให้กฎแก๊สอุดมคติไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแก๊สได้อย่างแม่นยำ
กฎแก๊สอุดมคติเทียบกับกฎของบอยล์ กฎของชาร์ล และกฎของอาโวกาโดร
กฎแก๊สอุดมคติเป็นกฎทั่วไปของความสัมพันธ์ระหว่างความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิของแก๊ส ในขณะที่กฎของบอยล์ กฎของชาร์ล และกฎของอาโวกาโดรเป็นกฎเฉพาะเจาะจงของความสัมพันธ์ระหว่างความดันและปริมาตรหรืออุณหภูมิและปริมาตรของแก๊ส ความแตกต่างระหว่างกฎเหล่านี้มีดังนี้
| กฎ | เงื่อนไข |
|---|---|
| กฎของบอยล์ | อุณหภูมิคงตัว |
| กฎของชาร์ล | ความดันคงตัว |
| กฎของอาโวกาโดร | ความดันและอุณหภูมิคงตัว |
| กฎแก๊สอุดมคติ | ความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิคงตัว |
กฎของบอยล์ กฎของชาร์ล และกฎของอาโวกาโดร เป็นกฎย่อยของกฎแก๊สอุดมคติ