Boyle-Mariotteen historian laki, matemaattinen ilmaus, esimerkkejä



Laki Boyle on se, joka ilmaisee kaasun aiheuttaman paineen ja sen käyttämän tilavuuden välisen suhteen; pitämällä kaasun lämpötila vakiona samoin kuin sen määrä (moolien lukumäärä).

Tämä laki yhdessä Charlesin, Gay-Lussacin, Charlesin ja Avogadron kanssa kuvaa ihanteellisen kaasun käyttäytymistä; erityisesti suljetussa säiliössä, johon kohdistuu mekaanisen voiman aiheuttamia tilavuusmuutoksia.

Yllä oleva kuva esittää lyhyesti Boyle-Mariotte-lain.

Purppuran pisteet edustavat molekyylejä tai kaasu-atomeja, jotka törmäävät säiliön sisäseiniin (vasemmalle). Vähentämällä tämän kaasun käyttämän säiliön käytettävissä olevaa tilaa tai tilavuutta törmäykset kasvavat, mikä tarkoittaa paineen nousua (oikea).

Tämä osoittaa, että kaasun paine P ja tilavuus V ovat kääntäen verrannollisia, jos säiliö on hermeettisesti suljettu; muuten suurempi paine olisi yhtä suuri kuin säiliön laajempi laajeneminen.

Jos graafia V tehtiin P: tä vastaan, ja V: n ja P: n tiedot Y- ja X-akseleilla, havaittiin asymptoottinen käyrä. Mitä pienempi on V, sitä suurempi on P: n kasvu; eli käyrä ulottuu korkeisiin P-arvoihin X-akselilla.

Lämpötila pysyy tietenkin vakiona; mutta jos sama koe suoritettiin eri lämpötiloissa, näiden käyrien V ja P suhteelliset sijainnit muuttuisivat Cartesian akselilla. Muutos olisi vieläkin selvempi, jos se piirrettäisiin kolmiulotteisella akselilla, jossa vakio T Z-akselilla.

indeksi

  • 1 Boylen lain historia
    • 1.1 Taustaa
    • 1.2 Kokeile elohopeaa
    • 1.3 Edme Mariotte
    • 1.4 Lain vahvistaminen
  • 2 Mitä tämä laki koostuu??
  • 3 Matemaattinen ilmaisu
  • 4 Mitä se on? Mitä ongelmia Boylen laki ratkaisee??
    • 4.1 Höyrykoneet
    • 4.2 juomajuomat
    • 4.3 Hengityselimet
  • 5 esimerkkiä (kokeita)
    • 5.1 Koe 1
    • 5.2 Koe 2
  • 6 Viitteet

Boylen lain historia

tausta

Koska tutkija Galileo Galilei ilmaisi uskonsa tyhjyyden olemassaoloon (1638), tutkijat alkoivat tutkia ilman ja osittaisten huokosten ominaisuuksia.

Anglo-irlantilainen apteekki Robert Boyle aloitti lento-ominaisuuksien tutkimuksen vuonna 1638, kun hän oli oppinut, että saksalainen insinööri ja fyysikko Otto von Guericke oli rakentanut ilmapumpun.

Kokeile elohopeaa

Suorittaakseen ilmanpaineen tutkimuksiaan Boyle käytti "J": n muotoista lasiputkea, jonka rakentaminen johtui Robert Hookesta, Boylen avustajasta. Lyhyen varren pää suljettiin, kun taas putken pitkän varren pää oli avoin elohopean sijoittamiseksi.

Boyle halusi alusta alkaen tutkia ilman elastisuutta laadullisesti ja määrällisesti. Kaatamalla elohopea "J" -muotoisen putken avoimen pään kautta, Boyle päätteli, että putken lyhyen varren ilma oli elohopeapaineessa..

tulokset

Mitä suurempi on elohopean määrä putkeen, sitä suurempi on ilmaan kohdistuva paine ja mitä pienempi on sen tilavuus. Boyle sai ilmamäärän negatiivisen eksponentiaalisen kuvion paineen funktiona.

Jos piirtää ilman tilavuus paineen kääntöpuolelle, sinulla on suora positiivinen rinne.

Vuonna 1662 Boyle julkaisi ensimmäisen fyysisen lain, joka annettiin yhtälön muodossa, joka osoitti kahden muuttujan toiminnallisen riippuvuuden. Tässä tapauksessa paine ja tilavuus.

Boyle huomautti, että kaasuun kohdistuvan paineen ja kyseisen kaasun käyttämän tilavuuden välillä oli käänteinen suhde. Tämä suhde on suhteellisen todellinen todellisille kaasuille. Useimmat kaasut käyttäytyvät ihanteellisina kaasuina kohtuullisissa paineissa ja lämpötiloissa.

Korkeammilla paineilla ja alhaisemmilla lämpötiloilla havaittiin havaittavampia poikkeamia ihanteiden ihanteiden kaasujen käyttäytymisestä.

Edme Mariotte

Ranskalainen fyysikko Edme Mariotte (1620-1684) löysi itsenäisesti saman lain vuonna 1679. Mutta sillä oli se etu, että tilavuus vaihtelee lämpötilan mukaan. Siksi sitä kutsutaan Mariotteen laiksi tai Boylen ja Mariotteen laiksi.

Lain vahvistaminen

Daniel Bernoulli (1737) vahvisti Boylen lakia huomauttamalla, että kaasun paine muodostuu kaasupartikkelien vaikutuksesta säiliön seinämiin, jotka sisältävät sen..

Vuonna 1845 John Waterston julkaisi tieteellisen artikkelin, jossa hän keskittyy kaasujen kineettisen teorian pääperiaatteisiin.

Myöhemmin Rudolf Clausius, James Maxwell ja Ludqwig Boltzmann vahvistivat kaasujen kineettisen teorian, joka yhdistää kaasun aiheuttaman paineen liikkeessä olevan kaasun hiukkasten nopeuteen..

Mitä pienempi kaasua sisältävän säiliön tilavuus on, sitä suurempi on niiden partikkeleiden vaikutusten taajuus, jotka muodostavat sen säiliön seinämiä vastaan; ja siksi mitä suurempi kaasun paine on.

Mitä tämä laki koostuu??

Boylen tekemissä kokeissa todetaan, että kaasun käyttämän tilavuuden ja siihen kohdistuvan paineen välillä on käänteinen suhde. Edellä mainittu suhde ei kuitenkaan ole täysin lineaarinen, kuten on osoitettu kuviossa tilavuuden vaihtelusta Boyle'lle osoitetun paineen mukaan..

Boylen laissa korostetaan, että kaasun käyttämä tilavuus on kääntäen verrannollinen paineeseen. On myös osoitettu, että kaasun paineen määrä sen tilavuudesta on vakio.

Matemaattinen ilme

Jotta päästäisiin Boyle-Mariotte-lain matemaattiseen ilmaisuun, aloitamme:

V α 1 / P

Kun se osoittaa, että kaasun käyttämä tilavuus on kääntäen verrannollinen sen paineeseen. On kuitenkin vakio, joka sanelee, kuinka käänteisesti suhteellinen tämä suhde on.

V = k / P

Kun k on suhteellisuusvakio. K: n tyhjentäminen:

VP = k

Kaasun paineen määrä sen tilavuudesta on vakio. niin:

V1P1 = k ja V2P2 = k

Ja tästä voidaan päätellä, että:

V1P1 = V2P2

Jälkimmäinen on Boylen lain lopullinen ilmaus tai yhtälö.

Mitä se on? Mitä ongelmia Boylen laki ratkaisee??

Höyrykoneet

Boyle-Mariotteen lakia sovelletaan höyrykoneiden käyttöön. Se on ulkoinen polttomoottori, joka käyttää lämpöenergian muuntamista vesimäärästä mekaaniseksi energiaksi.

Vettä kuumennetaan hermeettisesti suljetussa kattilassa, ja tuotettu höyry vaikuttaa paineeseen Boyle-Mariote-lain mukaan, joka tuottaa sylinterin tilavuuslaajenemisen työntämällä mäntää.

Männän lineaarinen liike muuttuu kiertoliikkeeksi käyttämällä kampiakselien ja kampien järjestelmää, joka voi ajaa veturin tai sähkögeneraattorin pyörät.

Tällä hetkellä vaihtoehtoinen höyrykone on vähän käytetty moottori, koska se on siirtynyt sähkömoottorista ja polttomoottorista kuljetusajoneuvoissa.

Juo juominen

Virvoitusjuomien tai mehun imeminen pullosta muoviputken kautta liittyy Boyle-Mariotte-lakiin. Kun ilma imetään putkesta suulla, putken sisäinen paine laskee.

Tämä painehäviö helpottaa nesteen ylöspäin suuntautuvaa liikettä putkessa, mikä mahdollistaa sen nielemisen. Sama periaate toimii veren uuttamisessa ruiskulla.

Hengityselimet

Boyle-Mariotteen laki liittyy läheisesti hengityselinten toimintaan. Inspiraatiovaiheen aikana tapahtuu kalvon ja muiden lihasten supistumista; esimerkiksi ulkokuoret, jotka tuottavat rintakehän laajenemisen.

Tämä aiheuttaa laskimonsisäisen paineen vähenemisen, mikä aiheuttaa keuhkojen laajenemisen, joka aiheuttaa keuhkovolyymin kasvun. Siksi intrapulmonaalinen paine laskee Boyle-Mariotte-lain mukaan.

Kun intrapulmonaalinen paine on alle ilmakehän, ilmakehän ilma virtaa keuhkoihin, mikä johtaa lisääntyneeseen paineeseen keuhkoissa; tasaaminen, paine ilmakehän paineeseen ja inspiraation vaiheen päättäminen.

Sen jälkeen hengityselinten lihakset rentoutuvat ja uloshengityslihakset supistuvat. Lisäksi tapahtuu keuhkoelastinen retraktio, ilmiö, joka aiheuttaa keuhkovolyymin vähenemisen ja siitä johtuvan intrapulmonaalisen paineen nousun, mikä voidaan selittää Boyle-Mariotte-lain avulla..

Lisäämällä intrapulmonaalista painetta ja nousemalla ilmakehän paineeseen ilma virtaa keuhkojen sisäpuolelta ilmakehään. Tämä tapahtuu, kunnes paineet tasaantuvat, mikä päättyy päättymisvaiheeseen.

Esimerkkejä (kokeita)

Koe 1

Pieni ilmapallo asetetaan tiiviisti suljettuun, jolloin suuhun on muodostettu solmu, jonka sisällä on noin 20 ml ruiskua, johon mäntä on poistettu. Ruiskun mäntä on sijoitettu ruiskun keskiosaa kohti, neula poistetaan ja ilmansyöttö on tukossa.

havainto

Vetämällä injektorin mäntää hitaasti, havaitaan, että ilmapallo on täytetty.

selitys

Ilmapallon seinään kohdistuu kaksi painetta: paine sen sisäpinnalle, ilmapallon sisällä olevan ilman tuote ja toinen paine ilmapallon ulkopinnalle, jota ruiskun sisältämä ilma vaikuttaa..

Kun vedät injektorin mäntää, sen sisällä muodostuu puoli-tyhjiö. Siksi ilmanpaine pumpun seinämän ulkopinnalle pienenee, jolloin pumpun sisäinen paine on suhteellisen suurempi..

Tämä nettopaine, Boyle-Mariote-lain mukaan, saa aikaan ilmapallon seinämän venymisen ja ilmapallon tilavuuden kasvun.

Koe 2

Leikkaa muovipullo noin puoleen, varmista, että leikkaus on mahdollisimman vaakasuora. Pullon suussa sijoitetaan hyvin säädetty ilmapallo, samalla kun tietty määrä vettä asetetaan syvään astiaan.

havainto

Sijoittamalla pullon pohja ilmapalloon astian veteen, ilmapallo on kohtalaisen täynnä.

selitys

Vesi syrjäyttää tietyn määrän ilmaa, mikä lisää ilmanpainetta pullon seinällä ja ilmapallon sisäpuolella. Tämä aiheuttaa Boyle-Mariotte'n lain mukaan maapallon volyymin kasvun, joka näkyy maapallon inflaatiolla..

viittaukset

  1. Wikipedia. (2019). Boylen laki. Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org
  2. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (27. heinäkuuta 2018). Boylen laki. Encyclopædia Britannica. Haettu osoitteesta: britannica.com
  3. Helmenstine, Todd. (5. joulukuuta 2018). Boylen lain muoto. Haettu osoitteesta thinkco.com
  4. Nuoret intialaiset elokuvat. (15. toukokuuta 2018). Boylen laki: Science Experiment for Kids. Haettu osoitteesta: yifindia.com
  5. Cecilia Bembibre (22. toukokuuta 2011). Kuumailmapallo Määritelmä ABC. Haettu osoitteesta: definicionabc.com
  6. Ganong, W, F. (2003). Lääketieteellinen fysiologia (19. painos). Toimituksellinen moderni käsikirja.