Obwohl das Gesetz von Gay-Lussac bereits über 200 Jahre alt ist, ist es immer noch ein wichtige Gesetzmäßigkeit, die mit die Grundlage der heutigen Thermodynamik bildet. Gay-Lussac war der erste Wissenschaftler, der nachwies, dass das Gasvolumen nicht nur vom Druck, sondern auch von der Temperatur abhängt. Bis zur Formulierung dieses Gesetztes war nur bekannt, dass der Druck und das Volumen von Gasen proportional zueinander sind (Gesetz von Boyle bzw. Boyle und Mariotte).
In den Experimenten stellte sich heraus, dass das Volumen bei konstantem Druck linear mit der Temperatur in °C zunimmt. Dazu untersuchte er die Volumenänderung eines Gases bei unterschiedlichen Temperaturen (unter konstantem Druck). Als Proportionalitätsfaktor wurde der Faktor 1/273°C bestätigt. Diese Regel gilt unabhängig vom jeweiligen gasförmigen Element (Wasserstoff, Sauerstoff… ).
Seit der Zeit von Gay-Lussac hat sich im Bereich der Physikalischen Chemie viel getan, z.B. rechnet man heute nicht mehr in °C, sondern in der absoluten Temperatur T [in K]. Setzt man dies in die oben abgebildete Formel ein, so reduziert sich die Formel auf.
Ein ideales Gas mit einem Volumen von 5,0 Litern wird von 20°C auf 30° erwärmt. Welches Volumen hat das ideale Gas bei 30°C unter der Voraussetzung, dass der Druck gleich bleibt?.
Das Gesetz von Gay-Lussac, benannt nach dem französischen Physiker Joseph Louis Gay-Lussac, besagt, dass der Druck eines festgelegten Gasvolumens bei konstantem Volumen direkt proportional zu seiner Temperatur (gemessen in Kelvin) ist, solange die Menge des Gases konstant bleibt.
Mathematisch kann das Gesetz von Gay-Lussac als P1/T1 = P2/T2 ausgedrückt werden, wobei P den Druck und T die Temperatur darstellt, und die Subskripte 1 und 2 die ursprünglichen und endgültigen Bedingungen darstellen.
Das Gesetz von Gay-Lussac setzt voraus, dass das Volumen und die Menge des Gases gleich bleiben. Nur unter diesen Bedingungen ist der Druck direkt proportional zur Temperatur.
Das Gesetz von Gay-Lussac wird in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik angewendet, einschließlich Meteorologie, Molekularbiologie, chemischer Kinematik und Materialwissenschaft.
Beträgt die Temperatur eines Gases, nimmt laut dem Gesetz von Gay-Lussac auch der Druck zu, vorausgesetzt, das Volumen und die Menge des Gases bleiben konstant.
Das Kelvin-Maß ist von grundlegender Bedeutung im Gesetz von Gay-Lussac, da es sich um eine absolute Temperaturskala handelt. Die Proportionalität zwischen Druck und Temperatur ist nur auf der Kelvin-Skala gültig, nicht auf der Celsius- oder Fahrenheit-Skala.
Wenn das Volumen eines Gases verändert wird, gilt das Gesetz von Gay-Lussac nicht mehr, da es voraussetzt, dass das Volumen konstant bleibt. Bei einer Veränderung des Volumens müssen andere Gaskonzepte wie das Boyle-Mariottesche Gesetz oder das Charles’sche Gesetz betrachtet werden.
Bei einer Temperatur von 0 Kelvin, auch absoluter Nullpunkt genannt, besagt das Gesetz von Gay-Lussac, dass der Druck eines Gases ebenfalls Null ist, vorausgesetzt, das Volumen bleibt konstant.
Das Boyle-Mariottesche Gesetz, das Gay-Lussacsche Gesetz und das Charles’sche Gesetz sind eng miteinander verbunden und bilden zusammen das ideale Gasgesetz. Jedes dieser Gesetze betrachtet zwei der drei Variablen Druck, Temperatur und Volumen, wobei die dritte konstant bleibt.
Das Gesetz von Gay-Lussac beeinflusst viele Aspekte unseres täglichen Lebens und technologischer Fortschritte, einschließlich Wettervorhersagen, Reifendruck in Fahrzeugen, und Entwicklung von Materialien mit hohem Drucktoleranz.