Gay-Lussac’sches Gesetz

Gay-Lussac’sches Gesetz, auch 1. Gay-Lussac’sches Gesetz genannt, von dem französischen Naturforscher Joseph Louis Gay-Lussac um 1802 formuliertes Gesetz über die Wärmeausdehnung von Gasen.

Das Gay-Lussac’sche Gesetz beschreibt die Druckveränderungen innerhalb eines Gases bei Veränderung der Temperatur t bei konstantem Volumen V sowie die Volumenänderungen des Gases bei Veränderung der Temperatur t bei konstantem Druck p. Da für Letzteres das Gesetz bereits 1798 von dem französischen Naturforscher Jacques Alexandre César Charles formuliert worden war, wird das Gesetz gelegentlich als Charles-Gay-Lussac-Gesetz bezeichnet.

Das Gesetz lautet sinngemäß: Das Volumen (bei p = konstant) bzw. der Druck (bei V = konstant) einer bestimmten Gasmenge ist direkt proportional (verhältnisgleich) zur absoluten Temperatur. Für das Volumen (bei p = konstant) heißt das: Das Volumen, das von einer bestimmten Gasmenge bei 0 °C eingenommen wird, vergrößert sich mit zunehmender Temperatur. Das Ganze gilt streng genommen nur für ideale Gase, d. h., Wechselwirkungen zwischen den Gasatomen bzw. -molekülen sind nicht berücksichtigt.

In der Formelsprache lautet dieses Gesetz:

V = V0 + V0/273,15 × t oder V = V0 (1 + at).

In dieser Formel entspricht V dem Volumen, V₀ dem Volumen bei 0 °C und t der Temperatur in Grad Celsius. Die Konstante a bezeichnet man als thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Gase. Sein Wert liegt für ideale Gase bei 1/273,15 K (siehe absoluter Temperaturnullpunkt). Erwärmt man z. B. zwei Liter Luft von 0 °C auf 273,15 °C, würde sich die Luft auf vier Liter ausdehnen (unter der Voraussetzung, dass immer der gleiche Druck herrscht und sich die Luft wie ein ideales Gas verhält):

V = 2 + 2/273,15 × 273,15 = 4.

Gay-Lussac begann Anfang des 19. Jahrhunderts mit seinen Untersuchungen zu den Gasgesetzen. Nach zahlreichen Experimenten, die er u. a. auch gemeinsam mit Alexander von Humboldt (1805) durchführte, gelang ihm 1808 die Erweiterung des ersten Gesetzes zum so genannten 2. Gay-Lussac’schen Gesetz:

Die Energie (genauer: die innere Energie) eines idealen Gases ist nur von der Temperatur abhängig, jedoch nicht von Druck und/oder Volumen. Der Begriff „innere Energie” stammt aus der Thermodynamik und bezeichnet die in dem betreffenden System enthaltene Energie, unabhängig von der Energieform (z. B. kinetische Energie, potentielle Energie der Atome, Moleküle etc.).