Закон історії Бойля-Маріотта, математичний вираз, приклади



Закон Росії Бойль-Маріотт - це те, що виражає взаємозв'язок між тиском, що чиниться газом або на нього, і обсягом, що його займає; підтримуючи постійну температуру газу, а також його кількість (кількість молей).

Цей закон, разом із законом Карла, Гей-Люссака, Чарльза і Авогадро, описує поведінку ідеального газу; зокрема, в закритому контейнері, що підлягає зміні обсягу, що проявляється механічною силою.

Наведене зображення коротко підсумовує закон Бойля-Маріотта.

Фіолетові точки являють собою молекули або атоми газу, які стикаються з внутрішніми стінками контейнера (зліва). Зменшуючи наявний простір або обсяг контейнера, зайнятого цим газом, зіткнення збільшуються, що призводить до збільшення тиску (праворуч).

Це показує, що тиск Р і об'єм V газу обернено пропорційні, якщо контейнер герметично закритий; в іншому випадку більш високий тиск буде дорівнює більшому розширенню контейнера.

Якщо б було виконано ділянку V відносно P, з даними V і P на осях Y і X, то спостерігалася б асимптотична крива. Чим менше V, тим більше збільшення P; тобто крива буде поширюватися на високі значення P на осі X.

Звичайно, температура залишається постійною; але, якщо один і той самий експеримент був проведений при різних температурах, відносне положення цих кривих V vs P змінювалося б на декартовій осі. Зміни були б ще більш очевидними, якщо б вони були нанесені на тривимірну вісь, з постійною T на осі Z.

Індекс

  • 1 Історія закону Бойля
    • 1.1 Передумови
    • 1.2 Експеримент з ртуттю
    • 1.3 Edme Mariotte
    • 1.4 Зміцнення закону
  • 2 З чого складається цей закон??
  • 3 Математичне вираження
  • 4 Для чого це? Які проблеми вирішує закон Бойла??
    • 4.1 Парові машини
    • 4.2
    • 4.3 Дихальна система
  • 5 Приклади (експерименти)
    • 5.1 Експеримент 1
    • 5.2 Експеримент 2
  • 6 Посилання

Історія закону Бойля

Фон

Оскільки вчений Галілео Галілей висловив свою віру в існування порожнечі (1638), вчені почали вивчати властивості повітря і часткових пустот.

Англо-ірландський хімік Роберт Бойль почав вивчати властивості повітря в 1638 році, дізнавшись, що Отто фон Геріке, німецький інженер і фізик, побудував повітряний насос.

Експеримент з ртуттю

Для проведення досліджень тиску повітря Бойль використовував скляну трубку у формі "J", конструкція якої була приписана Роберту Гуку, помічнику Бойля. Кінець короткого плеча був запечатаний, в той час як кінець довгого плеча трубки був відкритий для розміщення ртуті.

З самого початку Бойл хотів вивчити еластичність повітря, якісно і кількісно. Виливши ртуть через відкритий кінець трубки "J", Бойл зробив висновок, що повітря в короткому плечі трубки стискається під тиском ртуті.

Результати

Чим більше кількість ртуті додається до трубки, тим більший тиск на повітря і тим менший його об'єм. Бойль отримав графік негативного експоненційного типу обсягу повітря як функцію тиску.

Хоча, якщо побудувати об'єм повітря проти оберненого тиску, ви маєте пряму лінію позитивного нахилу.

У 1662 році Бойль опублікував перший фізичний закон, який був поданий у вигляді рівняння, яке вказувало на функціональну залежність двох змінних. У цьому випадку тиск і обсяг.

Бойл зазначив, що між тиском, що діє на газ, і об'ємом, зайнятим цим газом, існує зворотний зв'язок, причому це відношення справедливо для реальних газів. Більшість газів поводяться як ідеальні гази при помірних тисках і температурах.

При більш високих тисках і більш низьких температурах відхилення від поведінки реальних газів ідеалів стали більш помітними.

Edme Mariotte

Французький фізик Едме Маріотт (1620-1684) самостійно відкрив той самий закон у 1679 році. Але він мав заслугу показати, що обсяг змінюється в залежності від температури. Ось чому це називається Законом Маріотта або Законом Бойля і Маріотта.

Зміцнення закону

Даніель Бернулі (1737) зміцнив Закон Бойля, зазначивши, що тиск газу утворюється внаслідок впливу частинок газу на стінки контейнера, що його містить..

У 1845 році Джон Уотерстон опублікував наукову статтю, в якій він зосереджується на основних принципах кінетичної теорії газів.

Пізніше, Рудольф Клаузіус, Джеймс Максвелл і Лудвіг Больцман укріпили кінетичну теорію газів, яка пов'язує тиск, що чиниться газом зі швидкістю руху частинок газу в русі..

Чим менше обсяг контейнера, що містить газ, тим більше частота впливу частинок, які утворюють його, проти стінок контейнера; і, отже, чим більше тиск, що впливає на газ.

З чого складається цей закон??

Експерименти, проведені Бойлем, вказують на те, що існує зворотна залежність між об'ємом, зайнятим газом, і тиском, що впливає на нього. Однак вищезгадане співвідношення не є повністю лінійним, як це показано графіком зміни обсягу відповідно до тиску, який приписується Бойлю.

В Законі Бойля вказується, що об'єм, зайнятий газом, обернено пропорційний тиску. Також показано, що добуток тиску газу за його об'ємом є постійним.

Математичне вираження

Щоб потрапити до математичного виразу закону Бойля-Маріотта, ми починаємо з:

V α 1 / P

Де він вказує на те, що обсяг, зайнятий газом, обернено пропорційний його тиску. Однак існує константа, яка диктує, як зворотно пропорційна ця зв'язок.

V = k / P

Де k - константа пропорційності. Очистити k у вас є:

VP = k

Продукт тиску газу за його об'ємом постійний. Тоді:

V1P1 = k і V2P2 = k

І з цього можна зробити висновок, що:

V1P1 = V2P2

Останнє є кінцевим виразом або рівнянням для закону Бойля.

Для чого це? Які проблеми вирішує закон Бойла??

Парові машини

Закон Бойля-Маріотта стосується експлуатації парових машин. Це двигун зовнішнього згоряння, який використовує перетворення теплової енергії з кількості води в механічну.

Вода нагрівається в герметично закритому котлі, і отримана пара надає тиск згідно із законом Бойля-Маріоте, який виробляє об'ємне розширення циліндра, штовхаючи поршень.

Лінійне переміщення поршня перетворюється в обертальний рух, за рахунок використання системи кривошипів і кривошипів, які можуть приводити в рух колеса локомотива або ротора електричного генератора..

В даний час альтернативний паровий двигун є малопридатним двигуном, оскільки він був заміщений електродвигуном і двигуном внутрішнього згоряння в транспортних засобах.

Потік напоїв

Дія смоктання безалкогольного напою або соку з пляшки через пластикову трубку пов'язана з законом Бойля-Маріотта. Коли повітря всмоктується з трубки за допомогою рота, відбувається зниження тиску всередині трубки.

Це падіння тиску полегшує рух рідини в трубці вгору, дозволяючи при цьому проковтнути її. Цей же принцип діє при витяганні крові за допомогою шприца.

Дихальна система

Закон Бойля-Маріотта тісно пов'язаний з функціонуванням дихальної системи. Під час фази вдиху відбувається скорочення діафрагми та інших м'язів; наприклад, зовнішні міжреберні, які виробляють розширення грудної клітки.

Це викликає зниження внутрішньопухлинного тиску, що викликає розширення легенів, що призводить до збільшення обсягу легень. Таким чином, внутрішньолегеневий тиск зменшується відповідно до того, що зазначено в законі Бойля-Маріотта.

Коли внутрішньолегеневий тиск субатмосферний, атмосферне повітря надходить у легені, що призводить до підвищення тиску в легенях; вирівнювання, його тиск до атмосферного тиску і завершення фази натхнення.

Згодом вдихні м'язи розслабляються і м'язи видиху скорочуються. Крім того, відбувається ретракція легеневої пружності, явище, яке викликає зменшення обсягу легень, з подальшим підвищенням внутрішньолегеневого тиску, що може бути пояснено законом Бойля-Маріотта..

Підвищуючи внутрішньолегеневий тиск і стаючи більшим, ніж атмосферний тиск, повітря надходить з внутрішньої частини легенів в атмосферу. Це відбувається до вирівнювання тисків, що завершує фазу закінчення.

Приклади (експерименти)

Експеримент 1

Невеликий балон розміщують щільно закритим, роблячи вузол у роті, всередині шприца, до якого видалено плунжер, приблизно на 20 мл. Плунжер шприца розташований у напрямку до середньої частини шприца, ігла знімається, а вхідний отвір повітря завалений.

Спостереження

Повільно витягуючи плунжер інжектора, спостерігається, що балон роздутий.

Пояснення

На стінку балона робиться два тиску: тиск на його внутрішню грань, добуток повітря, що міститься всередині балона, і інший тиск на зовнішню поверхню балона, що здійснюється повітрям, що міститься в шприці.

При витягуванні плунжера інжектора у ньому створюється напівпункт. Тому тиск повітря на зовнішній поверхні стіни насоса зменшується, роблячи тиск, що діє всередині насоса, відносно більшим..

Цей чистий тиск, згідно із законом Бойля-Маріоте, призведе до розтягування стінки балону і збільшення обсягу балона.

Експеримент 2

Розріжте пластикову пляшку приблизно навпіл, переконавшись, що виріз максимально горизонтальний. У гирлі пляшки розміщений добре налагоджений балон, в той же час в глибоке блюдо поміщається певна кількість води.

Спостереження

Розташуючи дно пляшки з балоном на воді блюда, балон помірно роздутий.

Пояснення

Вода витісняє певну кількість повітря, збільшуючи тиск повітря на стінку пляшки і внутрішню частину балона. Це викликає, відповідно до закону Бойля-Маріотта, збільшення обсягу земної кулі, що візуалізується інфляцією земної кулі..

Список літератури

  1. Вікіпедія. (2019). Закон Бойля. Отримано з: en.wikipedia.org
  2. Редактори Британської енциклопедії. (27 липня 2018). Закон Бойля. Енциклопедія Британіка. Отримано з: britannica.com
  3. Helmenstine, Тодд. (5 грудня 2018). Формула закону Бойля. Отримано з: thoughtco.com
  4. Молоді індійські фільми. (15 травня 2018). Закон Бойля: Експеримент з науки для дітей. Отримано з: yifindia.com
  5. Сесілія Бембібре (22 травня 2011 року). Повітряна куля Визначення ABC. Отримано з: definicionabc.com
  6. Ganong, W, F. (2003). Медична фізіологія (19-е видання). Редакція сучасного керівництва.