Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa jika gas dipanaskan dalam wadah yang tertutup rapat dan kaku, maka tekanannya akan meningkat secara proporsional dan dapat diprediksi. Didokumentasikan oleh ahli kimia Perancis Joseph Louis Gay-Lussac pada awal tahun 1800-an (melanjutkan karya Jacques Charles yang sebelumnya tidak diterbitkan), ini adalah salah satu dari tiga hukum gas sederhana — bersama dengan hukum Boyle dan Charles — yang digabungkan menjadi hukum gas ideal. Artikel ini membahas dari mana hukum itu berasal, mengapa Kelvin tidak dapat dinegosiasikan, dan di mana model proporsi langsung tidak berlaku.

P/T = hubungan konstan

Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa untuk sejumlah gas pada volume konstan, tekanan berbanding lurus dengan suhu absolut: P/T = konstan, atau setara dengan P₁/T₁ = P₂/T₂ ketika membandingkan dua keadaan. Secara fisik, suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata molekul gas — panasnya gas dan molekulnya bergerak lebih cepat dan semakin keras serta sering bertumbukan dengan dinding wadah. Karena volume wadahnya tetap, gas tidak dapat mengembang untuk melepaskan gaya molekul ekstra seperti yang terjadi berdasarkan hukum Charles; satu-satunya tempat dimana energi tambahan dapat digunakan adalah pada pembacaan tekanan yang lebih tinggi. Mendinginkan gas dan terjadi sebaliknya: molekul-molekulnya melambat, tumbukannya berkurang, dan tekanannya turun. Inilah sebabnya mengapa kaleng udara bertekanan atau ban mobil yang tertutup rapat menunjukkan pembacaan tekanan yang lebih rendah pada pagi yang dingin meskipun tidak ada gas yang bocor — tekanan tersebut hanya mengikuti penurunan suhu.

Mengapa suhunya harus dalam kelvin

Hukum Gay-Lussac adalah pernyataan tentang proporsi langsung dari nol yang sebenarnya, dan hanya skala Kelvin yang memiliki nol yang sebenarnya — titik di mana gerakan molekul (dan, dalam batas ideal, tekanan gas) secara teoritis berhenti. Celsius dan Fahrenheit keduanya merupakan skala offset dengan titik nol yang berubah-ubah, sehingga hubungan proporsional yang berlaku dalam kelvin tidak berlaku pada keduanya. Konversinya adalah satu baris: K = °C + 273.15, atau K = (°F − 32) × 5/9 + 273.15. Kalkulator di atas melakukan konversi ini secara otomatis dan menandainya setiap kali Anda memasukkan nilai Celcius atau Fahrenheit, namun melakukannya dengan tangan adalah satu-satunya langkah yang dilewati sebagian besar siswa — dan melewatkannya akan menghasilkan tekanan yang salah dengan selisih yang besar, bahkan terkadang negatif.

Bagaimana hukum Gay-Lussac cocok dengan hukum Boyle dan hukum gabungan gas

Hukum Gay-Lussac adalah salah satu dari tiga hukum gas sederhana, yang masing-masing berisi satu variabel tetap. Hukum Boyle (PV = konstan) menyatakan suhu tetap dan menghubungkan tekanan dan volume. Hukum Charles (V/T = konstan) menyatakan tekanan tetap dan menghubungkan volume dan suhu. Hukum Gay-Lussac (P/T = konstan) menyatakan volume tetap dan menghubungkan tekanan dan suhu. Ketika volume sebenarnya tidak konstan — misalnya, balon cuaca yang mengembang dan naik melalui perubahan atmosfer, atau sistem piston-silinder tempat piston bebas bergerak — tidak satu pun dari tiga hukum sederhana ini yang berlaku dengan sendirinya, dan Anda memerlukan hukum gas gabungan, P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂, atau hukum gas ideal lengkap, PV = nRT, yang menggabungkan ketiga hukum sederhana tersebut dengan hukum Avogadro hukum.

Dimana model sederhananya rusak

Hukum Gay-Lussac menggambarkan gas ideal — molekul dengan ukuran dapat diabaikan dan tidak ada daya tarik satu sama lain. Gas nyata menyimpang dari hal ini, terutama pada suhu rendah yang mendekati kondensasi dan pada tekanan tinggi ketika volume molekulnya tidak lagi dapat diabaikan. Hal ini juga mengasumsikan volume wadah benar-benar tetap: bejana bertekanan nyata sedikit melentur saat diberi beban, dan wadah kaku yang dipanaskan cukup jauh dapat gagal bahkan sebelum prediksi gas ideal tercapai, itulah sebabnya katup pelepas tekanan ada pada tangki tertutup. Untuk rentang suhu sehari-hari dan tekanan sedang — rentang yang dialami sebagian besar masalah ruang kelas, bengkel, dan otomotif — proporsi langsung hukum Gay-Lussac cukup akurat untuk digunakan tanpa koreksi.