Boyle-Mariotte ajaloo seadus, matemaatiline väljendus, näited



Seadus Boyle-Mariotte see, mis väljendab suhet gaasi või selle poolt avaldatava surve ja selle poolt hõivatud mahu vahel; pidev gaasi temperatuur, samuti selle kogus (moolide arv).

See seadus ja Charles, Gay-Lussac, Charles ja Avogadro kirjeldavad ideaalse gaasi käitumist; konkreetselt suletud konteineris, mille mehaaniline jõud mõjutab mahumuutusi.

Ülaltoodud pilt võtab lühidalt kokku Boyle-Mariotte'i seaduse.

Purpursed täpid esindavad molekule või gaasi aatomeid, mis kokku puutuvad konteineri siseseinadega (vasakul). Vähendades selle gaasi kasutatava konteineri vaba ruumi või mahtu, suurenevad kokkupõrked, mis tähendab rõhu suurenemist (paremal).

See näitab, et gaasi rõhk P ja maht V on pöördvõrdeline, kui konteiner on hermeetiliselt suletud; vastasel juhul oleks suurem rõhk võrdne mahuti suurema laienemisega.

Kui graafik V tehti P vastu, siis V ja P andmetega Y ja X telgedel, siis täheldatakse asümptootilist kõverat. Mida väiksem on V, seda suurem on P; see tähendab, et kõver ulatub P telje kõrgele väärtusele X-teljel.

Loomulikult jääb temperatuur konstantseks; aga kui sama katse viidi läbi erinevatel temperatuuridel, muutuksid nende kõverate V ja P suhtelised positsioonid Cartesiuse teljel. Muutus oleks veelgi ilmsem, kui see oleks joonistatud kolmemõõtmelisel teljel, konstantsel T Z-teljel.

Indeks

  • 1 Boyle seaduse ajalugu
    • 1.1 Taust
    • 1.2 Katsetage elavhõbedaga
    • 1.3 Edme Mariotte
    • 1.4 Seaduse tugevdamine
  • 2 Mida see seadus koosneb??
  • 3 Matemaatiline väljendus
  • 4 Mis see on? Milliseid probleeme Boyle'i seadus lahendab??
    • 4.1 Aurumasinad
    • 4.2 Sipijoogid
    • 4.3 Hingamissüsteem
  • 5 Näited (katsed)
    • 5.1 Katse 1
    • 5.2 Katse 2
  • 6 Viited

Boyle'i seaduse ajalugu

Taust

Kuna teadlane Galileo Galilei väljendas oma veendumust tühjuse olemasolust (1638), hakkasid teadlased uurima õhu ja osaliste tühimike omadusi.

Anglo-Iiri keemik Robert Boyle alustas õhu omaduste uurimist 1638. aastal, kui ta õppis, et Saksa insener ja füüsik Otto von Guericke oli ehitanud õhupumba..

Katsetage elavhõbedaga

Õhurõhu uuringute läbiviimiseks kasutas Boyle klaasist toru "J", mille ehitus omistati Boyle'i assistendile Robert Hookele. Lühikese käe ots suleti, samas kui toru pikk käe ots oli elavhõbeda paigutamiseks avatud.

Algusest peale soovis Boyle õhu elastsust kvalitatiivselt ja kvantitatiivselt uurida. Valades elavhõbedat läbi J-kujulise toru avatud otsa, järeldas Boyle, et toru lühikese käe õhk langes elavhõbeda rõhu all.

Tulemused

Mida suurem on elavhõbeda kogus torusse, seda suurem on õhule avalduv rõhk ja mida väiksem on selle maht. Boyle saavutas õhu mahu negatiivse eksponentsiaalse graafi rõhu funktsioonina.

Kui te õhutate õhu mahtu rõhu pöördvõrdel, on teil sirge positiivse kalle.

1662. aastal avaldas Boyle esimese füüsilise seaduse, mis anti võrrandina, mis näitas kahe muutuja funktsionaalset sõltuvust. Sel juhul rõhk ja maht.

Boyle juhtis tähelepanu sellele, et gaasile avaldatava surve ja selle gaasi poolt kasutatava mahu vahel oli pöördvõrdeline suhe, mis on suhteliselt tõeline reaalsete gaaside puhul. Enamik gaase käitub nagu ideaalsed gaasid mõõduka rõhu ja temperatuuri juures.

Kõrgema rõhu ja madalamate temperatuuride korral muutusid ideaalide tegelike gaaside käitumisest kõrvalekalded märgatavamaks.

Edme Mariotte

Prantsuse füüsik Edme Mariotte (1620-1684) avastas iseseisvalt sama seaduse 1679. aastal. Kuid see oli kasulik näitamaks, et ruumala sõltub temperatuurist. Sellepärast nimetatakse seda Mariotte seaduseks või Boyle'i ja Mariotte seaduseks.

Seaduse tugevdamine

Daniel Bernoulli (1737) tugevdas Boyle'i seadust, rõhutades, et gaasi rõhku tekitab gaasiosakeste mõju selle mahutit sisaldavatele seintele..

1845. aastal avaldas John Waterston teadusliku artikli, milles keskendub gaaside kineetilise teooria peamistele põhimõtetele.

Hiljem tugevdasid Rudolf Clausius, James Maxwell ja Ludqwig Boltzmann gaaside kineetilist teooriat, mis seob gaasi poolt avaldatava rõhu liikuva gaasi osakeste kiirusega..

Mida väiksem on gaasi sisaldava konteineri maht, seda suurem on osakeste, mis moodustavad selle vastu mahuti seinte, mõju; ja seetõttu, mida suurem on gaasi surve.

Mida see seadus koosneb??

Boyle'i läbiviidud katsed viitavad sellele, et gaasi poolt hõivatud mahu ja sellele avaldatava surve vahel on vastupidine suhe. Eespool nimetatud suhe ei ole siiski täiesti lineaarne, nagu on näidatud Boyle'ile omistatud rõhu järgi ruumala varieerumise graafiku järgi.

Boyle'i seaduses märgitakse, et gaasi hõivatud maht on pöördvõrdeline rõhuga. Samuti on näidatud, et gaasi rõhu produkt selle mahu järgi on konstantne.

Matemaatiline väljendus

Boyle-Mariotte seaduse matemaatilise väljenduse saamiseks alustame:

V α 1 / P

Kui see näitab, et gaasi hõivatud maht on pöördvõrdeline selle rõhuga. Siiski on olemas konstant, mis määrab, kui suhe on pöördvõrdeline.

V = k / P

Kui k on proportsionaalsuse konstant. K klõpsamine teil on:

VP = k

Gaasi rõhu maht selle mahu järgi on konstantne. Seejärel:

V1P1 = k ja V2P2 = k

Ja sellest võib järeldada, et:

V1P1 = V2P2

Viimane on Boyle'i seaduse lõplik väljend või võrrand.

Mis see on? Milliseid probleeme Boyle'i seadus lahendab??

Aurumasinad

Boyle-Mariotte seadust kohaldatakse auru mootorite käitamise suhtes. See on välispõlemismootor, mis kasutab soojusenergia muundamist veekogusest mehaaniliseks energiaks.

Vett kuumutatakse hermeetiliselt suletud katlas ning tekitatud auru surve avaldub Boyle-Mariote'i seaduse kohaselt, mis toodab silindri mahu suurendamist kolvi surudes.

Kolvi lineaarne liikumine muutub pöörlemissuunaks väntade ja väntade süsteemi abil, mis võib juhtida veduri või elektrigeneraatori rootoreid..

Praegu on alternatiivne aurumootor vähe kasutatud mootor, kuna seda on elektrimootori ja sisepõlemismootoriga transpordivahendites asendatud.

Jookide joomine

Karastusjoogi või mahla imemisest pudelist läbi plasttoru on seotud Boyle-Mariotte'i seadus. Kui õhk imetakse torust suu kaudu, väheneb toru sees olev rõhk.

See rõhu langus hõlbustab vedeliku ülespoole liikumist torus, võimaldades selle allaneelamist. Sama põhimõte toimib vere eraldamisel süstlaga.

Hingamisteed

Boyle-Mariotte seadus on tihedalt seotud hingamisteede toimimisega. Inspiratsioonifaasi ajal toimub diafragma ja teiste lihaste kokkutõmbumine; näiteks väliskeskkonnad, mis põhjustavad ribi laienemist.

See põhjustab intrapleuraalse rõhu langust, mis põhjustab kopsu suurenemise, mis suurendab kopsumahu. Seetõttu väheneb intrapulmonaalne rõhk vastavalt Boyle-Mariotte'i seaduses sätestatule.

Kui intrapulmonaalne rõhk on madalama õhuga, voolab õhk õhku kopsudesse, mille tulemusena suureneb kopsude rõhk; rõhk atmosfäärirõhule ja inspiratsiooni faasi lõpetamine.

Seejärel lõõgastuvad sissehingatavad lihased ja sõlmivad väljahingamise lihased. Lisaks esineb kopsu elastne tagasitõmbumine, mis põhjustab kopsumahu vähenemist, mille tulemusena suureneb intrapulmonaalne rõhk, mida võib seletada Boyle-Mariotte'i seadusega..

Suurendades intrapulmonaalset rõhku ja muutudes atmosfäärirõhust suuremaks, voolab õhk kopsude sisemusest atmosfääri. See toimub seni, kuni rõhud on tasakaalustatud, mis lõpeb aegumise faasiga.

Näited (katsed)

Katse 1

Väike balloon asetatakse tihedalt suletuna, moodustades suhu suu, mis on süstla sees, kuhu kolb on eemaldatud, umbes 20 ml. Süstla kolb asetatakse süstla keskosa poole, nõel eemaldatakse ja õhu sisselaskeava on takistatud.

Vaatlus

Injektori pihusti aeglaselt tõmmates täheldatakse, et balloon on täis.

Selgitus

Ballooni seinale avaldub kaks survet: rõhk selle sisepinnale, õhupalli sisemuse produkt ja teine ​​surve õhupalli välispinnale, mida mõjutab süstlas olev õhk..

Injektori kolvi tõmbamisel tekib selle sisse pool-vaakum. Seetõttu väheneb õhurõhk pumba seina välispinnal, muutes pumba sees oleva rõhu suhteliselt suuremaks..

See puhasrõhk, vastavalt Boyle-Mariote seadusele, tekitab õhupalli seina paisumise ja ballooni mahu suurenemise..

Katse 2

Lõigake plastpudel umbes poole võrra, veendudes, et lõikamine on võimalikult horisontaalne. Pudeli suus asetatakse hästi reguleeritud balloon, samal ajal pannakse teatud kogus vett sügavasse anumasse..

Vaatlus

Pudelipõhja asetades ballooni vee peale, on balloon mõõdukalt täispuhutud.

Selgitus

Vesi nihutab teatud koguse õhku, suurendades õhu survet pudeli seinale ja ballooni sisemusele. See põhjustab Boyle-Mariotte seaduse kohaselt maailma mahu suurenemise, mida visualiseerib maailma inflatsioon..

Viited

  1. Wikipedia. (2019). Boyle'i seadus. Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org
  2. Encyclopaedia Britannica toimetajad. (27. juuli 2018). Boyle'i seadus. Encyclopædia Britannica. Välja otsitud: britannica.com
  3. Helmenstine, Todd. (5. detsember 2018). Boyle'i seaduse vorm. Välja otsitud andmebaasist: thinkco.com
  4. Noored India filmid. (15. mai 2018). Boyle'i seadus: teaduse eksperimendid lastele. Välja otsitud: yifindia.com
  5. Cecilia Bembibre (22. mai 2011). Kuumaõhupall Määratlus ABC. Välja otsitud aadressilt: definicionabc.com
  6. Ganong, W, F. (2003). Meditsiiniline füsioloogia (19. väljaanne). Modernne käsiraamat.