БОЙЛЯ-МАРИОТТА ЗАКОН

Урок 25. Закон Бойля-Мариотта – HIMI4KA

БОЙЛЯ-МАРИОТТА ЗАКОН
Архив уроков › Основные законы химии

В уроке 25 «Закон Бойля-Мариотта» из курса «Химия для чайников» рассмотрим закон, связывающий давление и объем газа, а также графики зависимости давления от объема и объема от давления. Напомню, что в прошлом уроке «Давление газа» мы рассмотрели устройство и принцип действия ртутного барометра, а также дали определение давлению и рассмотрели его единицы измерения.

Роберт Бойль (1627-1691), которому мы обязаны первым практически правильным определением химического элемента (узнаем в гл. 6), интересовался также явлениями, происходящими в сосудах с разреженным воздухом.

 Изобретая вакуумные насосы для выкачивания воздуха из закрытых сосудов, он обратил внимание на свойство, знакомое каждому, кому случалось накачивать камеру футбольного мяча или осторожно сжимать воздушный шарик: чем сильнее сжимают воздух в закрытом сосуде, тем сильнее он сопротивляется сжатию.

Бойль называл это свойство «пружинистостью» воздуха и измерял его при помощи простого устройства, показанного на рис. 3.2, а и б.

Бойль запирал ртутью немного воздуха в закрытом конце изогнутой трубки (рис. 3-2, а) а затем сжимал этот воздух, понемногу добавляя ртуть в открытый конец трубки (рис. 3-2, б).

Давление, испытываемое воздухом в закрытой части трубки, равно сумме атмосферного давления и давления столбика ртути высотой h (h — высота, на которую уровень ртути в открытом конце трубки превышает уровень ртути в закрытом конце). Полученные Бойлем данные измерения давления и объема приведены в табл. 3-1.

Хотя Бойль не предпринимал специальных мер для поддержания постоянной температуры газа, по-видимому, в его опытах она менялась лишь незначительно. Тем не менее Бойль заметил, что тепло от пламени свечи вызывало значительные изменения свойств воздуха.

Анализ данных о давлении и объеме воздуха при его сжатии

Таблица 3-1, которая содержит экспериментальные данные Бойля о взаимосвязи давления и объема для атмосферного воздуха, расположена под спойлером.

После того как исследователь получает данные, подобные приведенным в табл. 3-1, он пытается найти математическое уравнение, связывающее между собой две зависящие друг от друга величины, которые он измерял.

Один из способов получения такого уравнения заключается в графическом построении зависимости различных степеней одной величины от другой в надежде получить прямолинейный график.

Общее уравнение прямой линии имеет вид:

где х и у — связанные между собой переменные, а a и b — постоянные числа. Если b равно нулю, прямая линия проходит через начало координат.

На рис. 3-3 показаны различные способы графического представления данных для давления Р и объема V, приведенных в табл. 3-1.

Графики зависимости Р от 1/К и зависимости V от 1/Р представляют собой прямые линии, проходящие через начало координат.

График зависимости логарифма Р от логарифма V также является прямой линией с отрицательным наклоном, тангенс угла которого равен — 1. Все эти три графика приводят к эквивалентным уравнениям:

  • P = a / V   (3-3а)
  • V = a / P   (3-3б)

и

  • lg V = lg а — lg Р   (3-3в)

Каждое из этих уравнений представляет собой один из вариантов закона Бойля-Мариотта, который обычно формулируется так: для заданного числа молей газа его давление пропорционально объему, при условии что температура газа остается постоянной.

Кстати, наверняка вам стало интересно, почему закон Бойля-Мариотта назван двойным именем. Это произошло так, потому что этот закон независимо от Роберта Бойля, который открыл его в 1662 году, был переоткрыт Эдмом Мариоттом в 1676 году. Вот так вот.

Когда взаимосвязь между двумя измеряемыми величинами проста до такой степени, как в данном случае, ее можно установить и численным способом.

Если каждое значение давления Р умножить на соответствующее значение объема V, нетрудно убедиться, что все произведения для заданного образца газа при постоянной температуре оказываются приблизительно одинаковыми (см. табл. 3-1). Таким образом, можно записать, что

Уравнение (З-Зг) описывает гиперболическую зависимость между величинами Р и V (см. рис. 3-3,а). Для проверки того, что построенный по экспериментальным данным график зависимости Р от V действительно соответствует гиперболе, построим еще дополнительный график зависимости произведения P·V от Р и убедимся, что он представляет собой горизонтальную прямую линию (см. рис. 3-3,д).

Бойль установил, что для заданного количества любого газа при постоянной температуре взаимосвязь между давлением Р и объемом V вполне удовлетворительно описывается соотношением

  • P·V = const (при постоянных Т и n)   (3-4)

Формула из закона Бойля-Мариотта

Для сопоставления объемов и давлений одного и того же образца газа при различных условиях (но постоянной температуре) удобно представить закон Бойля-Мариотта в следующей формуле:

где индексы 1 и 2 соответствуют двум различным условиям.

Пример 4. Доставляемые на плато Колорадо пластмассовые мешочки с пищевыми продуктами (см. пример 3) часто лопаются, потому что воздух, находящийся в них, при подъеме от уровня моря на высоту 2500 м, в условиях пониженного атмосферного давления, расширяется.

Если предположить, что внутри мешочка при атмосферном давлении, соответствующем уровню моря, заключено 100 см3 воздуха, какой объем должен занимать этот воздух при той же температуре на плато Колорадо? (Допустим, что для доставки продуктов используются сморщенные мешочки, не ограничивающие расширение воздуха; недостающие данные следует взять из примера 3.)

Решение
Воспользуемся законом Бойля в форме уравнения (3-5), где индекс 1 будем относить к условиям на уровне моря, а индекс 2 — к условиям на высоте 2500 м над уровнем моря. Тогда Р1 = 1,000 атм, V1 = 100 см3, Р2 = 0,750 атм, а V2 следует вычислить. Итак,

  • P1·V1 = Р2·V2
  • 1,000 атм · 100 см3 = 0,750 атм · V2

откуда

Надеюсь, что после изучения урока 25 «Закон Бойля-Мариотта» вы запомните зависимость объема и давления газа друг от друга.. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

Источник: https://himi4ka.ru/arhiv-urokov/urok-25-zakon-bojlja-mariotta.html

Закон Бойля-Мариотта • ru.knowledgr.com

БОЙЛЯ-МАРИОТТА ЗАКОН

Закон Бойля-Мариотта (иногда называемый законом Бойла-Мэрайотта или законом Мэрайотта) является экспериментальным газовым законом, который описывает, как давление газа имеет тенденцию уменьшаться, когда объем газа увеличивается. Современное заявление закона Бойля-Мариотта –

Абсолютное давление, проявленное данной массой идеального газа, обратно пропорционально объему, который оно занимает, если температура и количество газа остаются неизменными в пределах закрытой системы.

Математически, закон Бойля-Мариотта может быть заявлен как

:

или

:

где P – давление газа, V объем газа, и k – константа.

Уравнение заявляет, что продукт давления и объема – константа для данной массы ограниченного газа, пока температура постоянная. Для сравнения того же самого вещества под двумя различными наборами условия закон может быть полезно выражен как

:

Уравнение показывает, что, поскольку объем увеличивается, давление газовых уменьшений в пропорции. Точно так же, поскольку объем уменьшается, давление газовых увеличений. Закон назвали в честь химика и физика Роберта Бойла, который издал оригинальный закон в 1662.

История

Эти отношения между давлением и объемом были сначала отмечены двумя новыми учеными, Ричардом Тоунели и Генри Пауэром. Роберт Бойл подтвердил их открытие посредством экспериментов и издал результаты. Согласно Роберту Гантэру и другим властям, именно помощник Бойла, Роберт Гук, построил экспериментальный аппарат.

Закон Бойля-Мариотта основан на экспериментах с воздухом, который он рассмотрел, чтобы быть жидкостью частиц в покое промежуточные маленькие невидимые весны. В то время воздух был все еще замечен как один из этих четырех элементов, но Бойл не согласился.

Интерес Бойла состоял в том, чтобы, вероятно, понять воздух как существенный элемент жизни; например, он издал работы над ростом заводов без воздуха. Бойл использовал закрытую J-образную трубу и после проливной ртути с одной стороны, которую он вынудил воздух с другой стороны сократить под давлением ртути.

После повторения эксперимента несколько раз и использования различного количества ртути он нашел, что при условиях, которыми управляют, давление газа обратно пропорционально объему, занятому им. Французский физик Эдм Мариотт (1620–1684) обнаружил того же самого законного независимого политика Бойла в 1676, но Бойл уже издал его в 1662.

Таким образом этот закон иногда упоминается как закон Мэрайотта или закон Бойла-Мэрайотта.

Позже, в 1687 в Принципах Philosophiæ Naturalis Mathematica, Ньютон показал математически что, если упругая жидкость, состоящая из частиц в покое, между которыми отталкивающие силы, обратно пропорциональные их расстоянию, плотность, была бы непосредственно пропорциональна давлению, но этот математический трактат не физическое объяснение наблюдаемых отношений. Вместо статической теории необходима кинетическая теория, который был обеспечен два века спустя Максвеллом и Больцманном.

Этот закон был первым физическим законом, который будет выражен в форме уравнения, описывающего зависимость двух переменных количеств.

Определение

Сам закон может быть заявлен следующим образом:

Или закон Бойля-Мариотта – газовый закон, заявляя, что у давления и объема газа есть обратная связь, когда температура считается постоянной. Если объем увеличивается, то давление уменьшается и наоборот, когда температура считается постоянной.

Поэтому, когда объем разделен на два, давление удвоено; и если объем удвоен, давление разделено на два.

Отношение к кинетической теории и идеальным газам

Закон Бойля-Мариотта заявляет, что при постоянной температуре для фиксированной массы, абсолютное давление и объем газа обратно пропорциональны. Закон может также быть заявлен немного отличающимся способом, что продукт абсолютного давления и объема всегда постоянный.

Большинство газов ведет себя как идеальные газы в умеренных давлениях и температурах. Технология 17-го века не могла произвести высокое давление или низкие температуры. Следовательно, у закона вряд ли будут отклонения во время публикации.

Поскольку улучшения технологии разрешили более высокие давления и более низкие температуры, отклонения от идеального газового поведения стали примечательными, и отношения между давлением, и объем может только быть точно описан, используя реальную газовую теорию.

Отклонение выражено как фактор сжимаемости.

Бойл (и Mariotte) получил закон исключительно об экспериментальной территории. Закон может также быть получен теоретически основанный на предполагаемом существовании атомов и молекул и предположений о движении и совершенно упругих соударениях (см.

кинетическую теорию газов).

Эти предположения были встречены огромным сопротивлением в позитивистском научном сообществе в это время, однако, поскольку они были замечены как чисто теоретические конструкции, для которых не было малейших наблюдательных доказательств.

Даниэл Бернулли в 1737-1738 полученных законах Бойля-Мариотта, используя законы Ньютона движения с применением на молекулярном уровне.

Это осталось проигнорированным приблизительно до 1845, когда Джон Уотерстон опубликовал работу, строящую главные предписания кинетической теории; это было отклонено Королевским обществом Англии.

Более поздние работы Джеймса Прескотта Джула, Рудольфа Клосиуса и в особенности Людвиг Больцманн твердо установил кинетическую теорию газов и привлек внимание и к теориям Бернулли и к Уотерстону.

Дебаты между сторонниками Энергетики и Атомизма принудили Больцманна написать книгу в 1898, которая вынесла критику до его самоубийства в 1906. Альберт Эйнштейн в 1905 показал, как кинетическая теория относится к Броуновскому движению приостановленной за жидкость частицы, которая была подтверждена в 1908 Джин Перрин.

Уравнение

Математическое уравнение для закона Бойля-Мариотта:

:

где:

  • P обозначает давление системы.
  • V обозначает объем газа.
  • k – представитель постоянной величины давления и объем системы.

Пока температура остается постоянной, та же самая сумма энергии, данной системе, сохраняется в течение ее действия и поэтому, теоретически, ценность k останется постоянной.

Однако из-за происхождения давления как перпендикулярная приложенная сила и вероятностная вероятность столкновений с другими частицами через теорию столкновения, применение силы на поверхность может не быть бесконечно постоянным для таких ценностей v, но будет иметь предел, дифференцируя такие ценности за данное время. Вынуждая том V фиксированного количества газа увеличиться, держа газ при первоначально измеренной температуре, давление p должно уменьшиться пропорционально. С другой стороны сокращение объема газа увеличивает давление. Закон Бойля-Мариотта используется, чтобы предсказать результат представления изменения, в объеме и давлении только, к начальному состоянию фиксированного количества газа.

Начальные и заключительные объемы и давления установленной суммы газа, где начальные и заключительные температуры – то же самое (нагревание или охлаждение потребуются, чтобы удовлетворять этому условию), связаны уравнением:

:

Здесь P и V представляют оригинальное давление и объем, соответственно, и P и V представляют второе давление и объем.

Закон Бойля-Мариотта, закон Чарльза и Веселый-Lussac's закон формируют объединенный газовый закон. Три газовых закона в сочетании с законом Авогадро могут быть обобщены идеальным газовым законом.

См. также

  • Объединенный газовый закон

Внешние ссылки

  • Калькулятор закона Бойля-Мариотта онлайн с переменными единицами (например, Си и/или английский язык)

Источник: http://ru.knowledgr.com/00044793/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%91%D0%BE%D0%B9%D0%BB%D1%8F%D0%9C%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BE%D1%82%D1%82%D0%B0

Объединенный газовый закон и изопроцессы

БОЙЛЯ-МАРИОТТА ЗАКОН

Объединенный газовый закон был открыт экспериментально. Он также является следствием основного уравнения состояния идеального газа. Согласно ему:

Определение

При постоянной массе газа и его неизменной молярной массе отношение произведения давления на объем к его абсолютной температуре остается величиной постоянной:

pVT..=const или p1V1T1..=p2V2T2.

Объединенный газовый закон применительно к изопроцессам

Объединенный газовый закон объединяет три независимых газовых закона: Бойля — Мариотта, Шарля и Гей-Люссака. Газовые законы действуют в частных случаях — изопроцессах.

Определение

Изопроцессы — термодинамические процессы, во время которых количество вещества и один из параметров состояния: давление, объём, температура или энтропия — остаётся неизменным.

Изотермический процесс. Закон Бойля — Мариотта

Изотермический процесс — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянной температуре и массе:

m = const (m1 = m2)

T = const (T1 = T2)

Для изотермического процесса действует закон Бойля — Мариотта:

Закон Бойля — Мариотта

Для газа данной массы произведение газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется.

pV = const (p1V1 = p2V2)

Изохорный процесс. Закон Шарля

Изохорный процесс — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном объеме и массе:

m = const (m1 = m2)

V = const (V1 = V2)

Для изохорного процесса действует закон Шарля:

Закон Шарля

Для газа данной массы отношение давления к температуре постоянно, если объем не меняется.

pT..=const (p1T1..=p2T2..)

Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака

Изобарный процесс — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и массе:

m = const (m1 = m2)

p = const (p1 = p2)

Закон Гей-Люссака

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется.

VT..=const (V1T1..=V2T2..)

Пример №1. Идеальный газ изобарно нагревают так, что его температура изменяется на ∆T = 240 К, а давление — в 1,6 раза. Масса газа постоянна. Найдите начальную температуру газа по шкале Кельвина.

Так как газ нагревают, то:

T2 – T1 = 240 (К)

Отсюда:

T2 = 240 + T1 (К)

p1 = p

p2 = 1,6p

Запишем закон Шарля применительно к данному случаю:

pT1..=1,6p240+ T1..

Сделаем некоторые преобразования и вычислим начальную температуру:

pT1..=1,6p240+ T1..

240+ T1=1,6T1

0,6T1=240

T1=2400,6..=400 (К)

Подсказки к задачам на газовые законы

Газ под невесомым поршнем:p = pатмp — давление газа;pатм — давление, оказываемое на газ со стороны поршня.
На невесомый поршень действует сила:p=pатм+FS..F — сила, действующая на поршень;S — площадь поршня.
На невесомый поршень поставили груз. В данном случае на поршень дополнительно будет действовать сила тяжести:p=pатм+FтяжS..=pатм+MgS..Fтяж — сила тяжести, действующая на поршень со стороны груза;M — масса груза;g — ускорение свободного падения.
Газ под массивным поршнем. В данном случае на него дополнительно будет действовать сила тяжести поршня:p=pатм+mgS.. m — масса поршня.
На массивный поршень поставили груз. В данном случае на поршень дополнительно будут действовать силы тяжести со стороны поршня и груза:p=pатм+MgS..+mgS..
На массивный поршень действует сила. В данном случае газ сдавливается как атмосферным давлением, так и силой тяжести поршня, а также силой, которая на него действует:p=pатм+mgS..+FS..
Газ, находящийся в цилиндре под массивным поршнем, находится в лифте, ускорение которого направлено вверх. Когда ускорение движения лифта противоположно направлено ускорению свободного падения, вес тел увеличивается. Поэтому:p=pатм+mgS..+maS.. a — модуль ускорения, с которым движется лифт.
Газ, находящийся в цилиндре под массивным поршнем, находится в лифте, ускорение которого направлено вниз. Когда ускорение движения лифта направлено в сторону вектора ускорения свободного падения, вес тел уменьшается. Поэтому:p=pатм+mgS..−maS..
«Пузырек у поверхности воды» — на пузырек действует только атмосферное давоение:p = pатм
«Пузырек на глубине» — на пузырек действует атмосферное давление и давление столба жидкости:p = pатм + ρgh ρ — плотность жидкости; h — глубина, на которой находится пузырек.
Газ, находящийся в горизонтальной пробирке, отделен от атмосферы столбиком ртути. Объем газа можно вычислить, используя параметры пробирки:V1 = l1S V1 — объем газа; l1 — длина части пробирки, которую занимает газ; S — площадь поперечного сечения пробирки. Давление газа равно атмосферному давлению:p1 = pатм
Пробирку поворачивают открытым концом вверх. В этом случае кроме атмосферного давления на газ давит давление со стороны ртути:P2 = pатм + ρgh Объем газа можно вычислить, используя параметры пробирки:V2 = l2S
Пробирку поворачивают открытым концом вниз. В этом случае сумма давлений газа и ртути в пробирке равна атмосферному давлению. Отсюда давление газа равно:P3 = pатм – ρghОбъем газа можно вычислить, используя параметры пробирки:V3 = l3S
Шар или понтон поднимается вверх в воздухе или жидкостиАрхимедова сила больше силы тяжести:FA > Fтяж

Пример №2. Поршень площадью 10 см2 массой 5 кг может без трения перемещаться в вертикальном цилиндрическом сосуде, обеспечивая при этом герметичность.

Сосуд с поршнем, заполненный газом, покоится на полу неподвижного лифта при атмосферном давлении 100 кПа, при этом расстояние от нижнего края поршня до дна сосуда 20 см.

Каким станет это расстояние, когда лифт поедет вверх с ускорением, равным 2 м/с2? Изменение температуры газа не учитывать.

10 см2 = 10–3 м2

20 см = 0,2 м

100 кПа = 105 Па

Составим уравнения для 1 и 2 случая. Когда лифт находится в покое, давление газа равно сумме атмосферного давления и давления, оказываемое массивным поршнем:

p1=pатм+mgS..

Когда лифт начал двигаться, появилось дополнительное давление, связанное с увеличением веса поршня при ускоренном движении вверх:

p2=pатм+mgS..+maS..

Так как изменением температуры можно пренебречь, можно считать, что это процесс изотермический. Следовательно:

p1V1 = p2V2

Объемы в 1 и 2 случае будут определяться формулами:

V1 = Sh1

V2 = Sh2

h1 — расстояние от нижнего края поршня до дна сосуда в первом случае. h2 — та же самая величина, но во втором случае (искомая величина).

Запишем закон Бойля — Мариотта для обоих случаев с учетом объемов:

p1V1=Sh1(pатм+mgS..)

p2V2=Sh2(pатм+mgS..+maS..)

Так как это изотермический процесс, правые части уравнений можно приравнять:

Sh1(pатм+mgS..)= Sh2(p атм+mgS..+maS..)

Отсюда:

Графики изопроцессов

Изопроцессы можно изобразить графически в координатах (p;V), (V;T) и (p;T). Рассмотрим все виды графиком для каждого из процессов.

ИзопроцессГрафик в координатах (p;V)График в координатах (V;T)График в координатах (p;T)
Изотермический (график — изотерма)Изотерма в координатах (p;V) — гипербола. Чем ближе изотерма к началу координат и осям, тем меньшей температуре она соответствует.Характер изменения переменных величин хорошо виден на графике.Изотерма в координатах (V;T) — прямая, перпендикулярная оси OT и параллельная оси OV. Чем ближе изотерма к оси OV, тем меньшей температуре она соответствует.С увеличением объема давление уменьшается.Изотерма в координатах (p;T) — прямая, перпендикулярная оси OT и параллельная оси Op. Чем ближе изотерма к оси Op, тем меньшей температуре она соответствует.С увеличением давления объем уменьшается.
Изохорный (график — изохора)Изохора в координатах (p;V) — прямая, перпендикулярная оси OV и параллельная оси Op. Чем ближе изохора к оси Op, тем меньшему объему она соответствует.С увеличением давления увеличивается температура.Изохора в координатах (V;T) — прямая, перпендикулярная оси OV и параллельная оси OT. Чем ближе изохора к оси OT, тем меньшему объему она соответствует.С увеличением температуры увеличивается давление.Изохора в координатах (p;T) — прямая, исходящая из начала координат. Чем меньше угол наклона изохоры к оси OT, тем меньшему объему она соответствует.Характер изменения переменных величин хорошо виден на графике.
Изобарный (график — изобара)Изобара в координатах (p;V) — прямая, перпендикулярная оси Op и параллельная оси OV. Чем ближе изобара к оси OV, тем меньшему давлению она соответствует.С увеличением объема температура растет.Изобара в координатах (V;T) — прямая, исходящая из начала координат. Чем меньше угол наклона изобары к оси OT, тем меньшему давлению она соответствует.Характер изменения переменных величин хорошо виден на графике.Изобара в координатах (p;T) — прямая, перпендикулярная оси Op и параллельная оси OT. Чем ближе изобара к оси OT, тем меньшему давлению она соответствует.С увеличением температуры объем растет.

Пример №3. На рисунке представлен график циклического процесса. Вычертить его в координатах (p;T).

Определим характер изменения величин:

  • Процесс 1–2. Гипербола — это изотерма. Следовательно T12 = const. В координатах (p;T) изотерма будет выглядеть как прямая, перпендикулярная оси OT.
  • Процесс 2–3. Прямая линия, перпендикулярная оси Op — это изобара. Следовательно p23 = const. В координатах (p;T) изобара будет выглядеть как прямая, перпендикулярная оси Op.
  • Процесс 3–1. Прямая линия, перпендикулярная оси OV — это изохора. Следовательно V31 = const. В координатах (p;T) изохора будет выглядеть как прямая, выходящая из начала координат.

Теперь, зная, какими будут графики всех величин в координатах (p;T), можно построить сам график. Он примет следующий вид:

Алиса Никитина |

Источник: https://spadilo.ru/obedinennyj-gazovyj-zakon-i-izoprocessy/

Закон истории Бойля-Мариотта, математическое выражение, примеры / химия

БОЙЛЯ-МАРИОТТА ЗАКОН

Закон Бойл это то, что выражает связь между давлением, оказываемым газом или на него, и объемом, занимаемым им; поддерживая постоянную температуру газа, а также его количество (количество молей).

Этот закон вместе с законом Шарля, Гей-Люссака, Шарля и Авогадро описывает поведение идеального газа; в частности, в закрытом контейнере, подверженном изменениям объема под действием механической силы.

Изображение выше кратко суммирует закон Бойля-Мариотта.

Фиолетовые точки представляют молекулы или атомы газа, которые сталкиваются с внутренними стенками контейнера (слева). При уменьшении доступного пространства или объема контейнера, занимаемого этим газом, увеличивается количество столкновений, что приводит к увеличению давления (справа).

Это показывает, что давление P и объем V газа обратно пропорциональны, если контейнер герметично закрыт; в противном случае более высокое давление будет равно большему расширению контейнера..

Если построить график V относительно P, с данными V и P по осям Y и X, соответственно, будет наблюдаться асимптотическая кривая. Чем меньше V, тем больше увеличение P; то есть кривая будет расширяться до высоких значений P на оси X.

Конечно, температура остается постоянной; но если бы один и тот же эксперимент был проведен при разных температурах, относительные положения этих кривых V против P изменились бы на декартовой оси. Изменение было бы еще более очевидным, если бы оно было нанесено на трехмерную ось с постоянной Т на оси Z.

индекс

  • 1 История закона Бойля
    • 1.1 История вопроса
    • 1.2 Эксперимент с ртутью
    • 1.3 Эдм Мариотт
    • 1.4 Усиление закона
  • 2 Из чего состоит этот закон??
  • 3 Математическое выражение
  • 4 Для чего это нужно? Какие проблемы решает закон Бойля??
    • 4.1 Паровые машины
    • 4.2 Sip напитки
    • 4.3 Дыхательная система
  • 5 примеров (экспериментов)
    • 5.1 Эксперимент 1
    • 5.2 Эксперимент 2
  • 6 Ссылки

фон

Поскольку ученый Галилео Галилей выразил уверенность в существовании пустоты (1638), ученые начали изучать свойства воздуха и частичных пустот.

Англо-ирландский химик Роберт Бойль начал свое исследование свойств воздуха в 1638 году, узнав, что немецкий инженер и физик Отто фон Герике построил воздушный насос.

Эксперимент с ртутью

Для проведения своих исследований давления воздуха Бойл использовал стеклянную трубку в форме буквы «J», конструкция которой была приписана Роберту Гуку, помощнику Бойля. Конец короткого плеча был герметизирован, а конец длинного плеча трубки был открыт для размещения ртути.

С самого начала Бойль хотел изучить эластичность воздуха, качественно и количественно. Залив ртуть через открытый конец J-образной трубки, Бойл пришел к выводу, что воздух в коротком плече трубки сжался под давлением ртути..

результаты

Чем больше количество ртути, добавленной в трубку, тем больше давление на воздух и тем меньше его объем. Бойл получил отрицательный график экспоненциального типа объема воздуха в зависимости от давления.

Хотя, если вы нанесете объем воздуха против обратной величины давления, у вас будет прямая линия с положительным наклоном.

В 1662 году Бойль опубликовал первый физический закон, который был дан в форме уравнения, которое указывало на функциональную зависимость двух переменных. В этом случае давление и объем.

Бойл отметил, что существует обратная зависимость между давлением, оказываемым на газ, и объемом, занимаемым этим газом, причем это соотношение относительно справедливо для реальных газов. Большинство газов ведут себя как идеальные газы при умеренном давлении и температуре.

С более высокими давлениями и более низкими температурами отклонения от поведения реальных газов идеалов стали более заметными.

Эдм Мариотт

Французский физик Эдме Мариотт (1620-1684) независимо открыл тот же закон в 1679 году. Но он был достоин показать, что объем меняется в зависимости от температуры. Вот почему это называется Закон Мариотта или Закон Бойля и Мариотта.

Усиление закона

Даниэль Бернулли (1737) усилил закон Бойля, указав, что давление газа создается воздействием частиц газа на стенки контейнера, в котором он находится..

В 1845 году Джон Уотерстон опубликовал научную статью, в которой он сосредоточил внимание на основных принципах кинетической теории газов..

Позднее Рудольф Клаузиус, Джеймс Максвелл и Людвиг Больцман консолидировали кинетическую теорию газов, которая связывает давление, оказываемое газом, со скоростью частиц газа в движении.

Чем меньше объем контейнера, содержащего газ, тем больше частота ударов частиц, которые его образуют, к стенкам контейнера; и, следовательно, чем больше давление, оказываемое газом.

Из чего состоит этот закон??

Эксперименты, проведенные Бойлем, указывают на наличие обратной зависимости между объемом, занимаемым газом, и давлением, оказываемым на него. Тем не менее, вышеупомянутое соотношение не является полностью линейным, как показано графиком изменения объема в соответствии с давлением, приписанным Бойля.

В законе Бойля указывается, что объем, занимаемый газом, обратно пропорционален давлению. Также указано, что произведение давления газа на его объем является постоянным.

Математическое выражение

Чтобы добраться до математического выражения закона Бойля-Мариотта, начнем с:

V α 1 / P

Где это указывает, что объем, занимаемый газом, обратно пропорционален его давлению. Тем не менее, существует константа, которая определяет, насколько обратно пропорциональны эти отношения.

V = K / P

Где k – постоянная пропорциональности. Очистка у вас есть:

VP = k

Произведение давления газа на его объем является постоянным. то:

В1P1 = к и V2P2 = к

И из этого можно сделать вывод, что:

В1P1 = V2P2

Последнее является окончательным выражением или уравнением для закона Бойля.

Паровые машины

Закон Бойля-Мариотта распространяется на эксплуатацию паровых двигателей. Это двигатель внешнего сгорания, который использует преобразование тепловой энергии из количества воды в механическую энергию..

Вода нагревается в герметически закрытом котле, и произведенный пар оказывает давление в соответствии с законом Бойля-Мариотта, который вызывает увеличение объема цилиндра при нажатии поршня..

Линейное движение поршня преобразуется во вращательное движение за счет использования системы кривошипов и кривошипов, которые могут приводить в движение колеса локомотива или ротор электрического генератора..

В настоящее время альтернативный паровой двигатель является малоиспользуемым двигателем, поскольку он был заменен электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания в транспортных средствах..

Потягивая напитки

Всасывание безалкогольного напитка или сока из бутылки через пластиковую трубку связано с законом Бойля-Мариотта. Когда воздух всасывается из трубки с помощью рта, происходит снижение давления внутри трубки.

Этот перепад давления облегчает движение жидкости вверх в трубке, что позволяет ей проглатываться. Этот же принцип работает при извлечении крови с помощью шприца.

Дыхательная система

Закон Бойля-Мариотта тесно связан с функционированием дыхательной системы. Во время фазы вдоха происходит сокращение диафрагмы и других мышц; например, внешние межреберные, которые производят расширение грудной клетки.

Это вызывает снижение внутриплеврального давления, которое вызывает расширение легких, что приводит к увеличению объема легких. Поэтому внутрилегочное давление снижается в соответствии с тем, что указано в законе Бойля-Мариотта..

Когда внутрилегочное давление ниже атмосферного, атмосферный воздух поступает в легкие, что приводит к повышению давления в легких; выравнивание его давления с атмосферным давлением и завершение фазы вдоха.

Впоследствии мышцы вдоха расслабляются, а мышцы выдоха сокращаются. Кроме того, происходит легкая эластическая ретракция, явление, которое вызывает уменьшение объема легких с последующим повышением внутрилегочного давления, что может быть объяснено законом Бойля-Мариотта..

Увеличивая внутрилегочное давление и становясь больше атмосферного давления, воздух поступает из легких внутрь атмосферы. Это происходит до тех пор, пока давление не выровняется, что завершает фазу истечения.

Эксперимент 1

Небольшой баллончик плотно закрывается, образуя узел во рту, внутри шприца, в который был извлечен поршень, приблизительно 20 мл. Плунжер шприца расположен по направлению к средней части шприца, игла извлечена, а вход воздуха закрыт..

наблюдение

Медленно потянув за поршень инжектора, можно увидеть, что баллон надут.

объяснение

На стенку баллона оказывают два давления: давление на ее внутреннюю поверхность, продукт воздуха, содержащегося внутри баллона, и другое давление на внешнюю поверхность баллона, создаваемое воздухом, содержащимся в шприце..

При вытягивании поршня инжектора внутри него создается полувакуум. Следовательно, давление воздуха на внешней поверхности стенки насоса уменьшается, что делает давление внутри насоса относительно большим..

Это чистое давление, согласно закону Бойля-Мариотта, приведет к растяжению стенки баллона и увеличению объема баллона..

Эксперимент 2

Разрежьте пластиковую бутылку примерно пополам, следя за тем, чтобы разрез был как можно более горизонтальным. В устье бутылки помещен хорошо приспособленный баллон, в то же время в глубокую посуду помещается определенное количество воды..

ссылки

  1. Wikipedia. (2019). Закон Бойля. Получено с: en.wikipedia.org
  2. Редакция Британской энциклопедии. (27 июля 2018 г.) Закон Бойля. Энциклопедия Британника. Получено с: britannica.com
  3. Хельменстин, Тодд. (5 декабря 2018 г.) Формула для закона Бойля. Получено с: мысли
  4. Молодые индийские фильмы. (15 мая 2018 г.) Закон Бойля: научный эксперимент для детей. Получено с: yifindia.com
  5. Сесилия Бембибре (22 мая 2011 г.) Воздушный шар Определение ABC. Получено от: definicionabc.com
  6. Ganong, W, F. (2003). Медицинская физиология (19-е издание). Редакция Современного Руководства.

Источник: https://ru.thpanorama.com/articles/qumica/ley-de-boyle-mariotte-historia-expresin-matemtica-ejemplos.html

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: