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.
![](http://ar.thpanorama.com/img/images_3/ley-de-boyle-mariotte-historia-expresin-matemtica-ejemplos.jpg)
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
![](http://ar.thpanorama.com/img/images_3/ley-de-boyle-mariotte-historia-expresin-matemtica-ejemplos_2.jpg)
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
![](http://ar.thpanorama.com/img/images_3/ley-de-boyle-mariotte-historia-expresin-matemtica-ejemplos_3.jpg)
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
- Wikipedia. (2019). Закон Бойля. Получено с: en.wikipedia.org
- Редакция Британской энциклопедии. (27 июля 2018 г.) Закон Бойля. Энциклопедия Британника. Получено с: britannica.com
- Хельменстин, Тодд. (5 декабря 2018 г.) Формула для закона Бойля. Получено с: мысли
- Молодые индийские фильмы. (15 мая 2018 г.) Закон Бойля: научный эксперимент для детей. Получено с: yifindia.com
- Сесилия Бембибре (22 мая 2011 г.) Воздушный шар Определение ABC. Получено от: definicionabc.com
- Ganong, W, F. (2003). Медицинская физиология (19-е издание). Редакция Современного Руководства.