Закон истории Бойля-Мариотта, математическое выражение, примеры



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

История закона Бойля

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.

Для чего это? Какие проблемы решает закон 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.

Примеры (эксперименты)

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..

наблюдение

Поместив дно бутылки с баллоном на воду посуды, баллон умеренно надувается.

объяснение

Вода вытесняет определенное количество воздуха, увеличивая давление воздуха на стенку бутылки и внутреннюю часть баллона. Это вызывает, согласно закону Бойля-Мариотта, увеличение объема земного шара, что визуализируется инфляцией земного шара..

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.