Boyle-Mariotte vēstures likums, matemātiskā izteiksme, piemēri



Likums Boyle-Mariotte tas ir tas, kas izsaka saikni starp spiedienu, ko rada gāze, vai uz tās aizņemto tilpumu; nemainot gāzes temperatūru, kā arī tā daudzumu (molu skaits).

Šis likums kopā ar Čārlza, Gay-Lussaka, Čārlza un Avogadro likumu apraksta ideālas gāzes uzvedību; īpaši, slēgtā traukā, kas pakļauts apjoma izmaiņām, ko rada mehānisks spēks.

Iepriekš redzamais attēls īsi apkopo Boyle-Mariotte likumu.

Purpura punkti attēlo molekulas vai gāzes atomus, kas saduras ar konteinera iekšējām sienām (pa kreisi). Samazinot pieejamās gāzes vai tilpuma apjomu, ko aizņem šī gāze, sadursmes palielinās, kas nozīmē spiediena pieaugumu (pa labi).

Tas liecina, ka gāzes spiediens P un tilpums V ir apgriezti proporcionāls, ja tvertne ir hermētiski noslēgta; pretējā gadījumā augstāks spiediens būtu vienāds ar lielāku konteinera paplašināšanos.

Ja uz lauka P tika veikts paraugs V, ar datiem par V un P uz Y un X asīm, tiktu novērota asimptotiska līkne. Jo mazāks ir V, jo lielāks ir P pieaugums; tas nozīmē, ka līkne paplašināsies līdz lielām P vērtībām uz X ass.

Protams, temperatūra paliek nemainīga; bet, ja to pašu eksperimentu veica dažādās temperatūrās, šo līkņu V un P relatīvās pozīcijas mainās Kartesijas asī. Izmaiņas būtu vēl acīmredzamākas, ja tās tiktu attēlotas uz trīsdimensiju ass, ar konstanti T uz Z ass.

Indekss

  • 1 Boyle likuma vēsture
    • 1.1
    • 1.2 Eksperimentējiet ar dzīvsudrabu
    • 1.3. Edme Mariotte
    • 1.4 Tiesību stiprināšana
  • 2 Ko veido šis likums??
  • 3 Matemātiskā izteiksme
  • 4 Kas tas ir? Kādas problēmas Boyle likumi atrisina??
    • 4.1 Tvaika mašīnas
    • 4.2 Dzērienu dzērieni
    • 4.3 Elpošanas sistēma
  • 5 Piemēri (eksperimenti)
    • 5.1. 1. eksperiments
    • 5.2 2. eksperiments
  • 6 Atsauces

Boyle likuma vēsture

Pamatinformācija

Tā kā zinātnieks Galileo Galilei pauda pārliecību par tukšuma esamību (1638), zinātnieki sāka pētīt gaisa un daļējo tukšumu īpašības..

Angļu-īru ķīmiķis Roberts Boyle sāka savu gaisa īpašību izpēti 1638. gadā, uzzinot, ka vācu inženieris un fiziķis Otto fon Guericke bija uzbūvēts gaisa sūknis.

Eksperimentējiet ar dzīvsudrabu

Lai veiktu pētījumus par gaisa spiedienu, Boyle izmantoja stikla cauruli "J" formā, kura konstrukcija tika attiecināta uz Robertu Hooku, Boyle asistentu. Īsās rokas gals tika noslēgts, bet caurules garās rokas gals bija atvērts dzīvsudraba novietošanai.

Sākotnēji Boyle vēlējās kvalitatīvi un kvantitatīvi izpētīt gaisa elastību. Izlejot dzīvsudrabu caur "J" formas caurules atvērtu galu, Boyle secināja, ka gaisa īss roku rokā nonāk dzīvsudraba spiedienā..

Rezultāti

Jo lielāks ir dzīvsudraba daudzums, ko pievieno caurulei, jo lielāks spiediens uz gaisu un jo mazāks ir tā tilpums. Boyle ieguva negatīvu eksponenciāla tipa gaisa plūsmas grafiku kā spiediena funkciju.

Lai gan, ja jūs ieplānojat gaisa tilpumu pret spiediena apgriezienu, jums ir taisna pozitīva slīpuma līnija.

1662. gadā Boyle publicēja pirmo fizisko likumu, kas tika sniegts vienādojuma veidā, kas norādīja uz divu mainīgo funkcionālo atkarību. Šajā gadījumā spiediens un tilpums.

Boyle norādīja, ka pastāv pretēja saikne starp spiedienu, ko rada gāze, un apjomu, ko aizņem šī gāze, un šī attiecība ir salīdzinoši patiesa attiecībā uz reālajām gāzēm. Lielākā daļa gāzes darbojas kā ideālas gāzes mērenā spiedienā un temperatūrā.

Ar augstāku spiedienu un zemāku temperatūru novirzes no ideālu reālo gāzu uzvedības kļuva pamanāmas.

Edme Mariotte

Franču fiziķis Edme Mariotte (1620-1684) 1679. gadā patstāvīgi atklāja vienu un to pašu likumu. Taču tam bija izdevība parādīt, ka tilpums mainās atkarībā no temperatūras. Tāpēc to sauc par Mariotte likumu vai Boyle un Mariotte likumu.

Tiesību stiprināšana

Daniel Bernoulli (1737) nostiprināja Boyle likumu, norādot, ka gāzes spiedienu rada gāzes daļiņu ietekme uz tvertnes sienām, kas to satur..

1845. gadā Džons Vorstons publicēja zinātnisku rakstu, kurā viņš koncentrējas uz gāzes kinētiskās teorijas galvenajiem principiem.

Vēlāk Rudolf Clausius, James Maxwell un Ludqwig Boltzmann nostiprināja gāzu kinētisko teoriju, kas saistīta ar gāzes spiedienu ar kustīgās gāzes daļiņu ātrumu..

Jo mazāks ir konteinera tilpums ar gāzi, jo lielāks ir to daļiņu trieciena biežums, kas veido to pret tvertnes sienām; un tādēļ, jo lielāks ir gāzes spiediens.

Ko veido šis likums??

Eksperimenti, ko veica Boyle, norāda, ka pastāv griezuma attiecība starp gāzes aizņemto tilpumu un spiedienu. Tomēr iepriekš minētās attiecības nav pilnīgi lineāras, kā to parāda tilpuma svārstību grafiks atkarībā no Boyle piešķirtā spiediena.

Boyle likumā ir norādīts, ka gāzes aizņemtais daudzums ir apgriezti proporcionāls spiedienam. Ir arī norādīts, ka gāzes spiediena produkts pēc tilpuma ir nemainīgs.

Matemātiskā izteiksme

Lai nokļūtu Boyle-Mariotte likuma matemātiskajā izteiksmē, mēs sākam no:

V α 1 / P

Ja tas norāda, ka gāzes aizņemtais tilpums ir apgriezti proporcionāls tā spiedienam. Tomēr pastāv konstante, kas nosaka, cik pretēji ir šīs attiecības.

V = k / P

Kur k ir proporcionalitātes konstants. Klienta k jums ir:

VP = k

Gāzes spiediena produkts pēc tilpuma ir nemainīgs. Tad:

V1P1 = k un V2P2 = k

Un no tā var secināt, ka:

V1P1 = V2P2

Pēdējais ir Boyle likuma galīgais izteiksme vai vienādojums.

Kas tas ir? Kādas problēmas Boyle likumi atrisina??

Tvaika mašīnas

Boyle-Mariotte likums attiecas uz tvaika dzinēju darbību. Tas ir ārdedzes dzinējs, kas izmanto siltumenerģijas pārveidi no ūdens daudzuma mehāniskā enerģijā.

Ūdens tiek sildīts hermētiski noslēgtā katlā, un radītais tvaiks rada spiedienu saskaņā ar Boyle-Mariote likumu, kas rada cilindra tilpuma palielinājumu, virzot virzuli.

Virzuļa lineārā kustība tiek pārveidota rotācijas kustībā, izmantojot kloķu un kloķu sistēmu, kas var vadīt lokomotīves vai elektriskā ģeneratora rotora riteņus..

Pašlaik alternatīvais tvaika dzinējs ir mazliet izmantots dzinējs, jo tas ir pārvietots ar elektromotoru un iekšdedzes dzinēju transporta līdzekļos..

Dzerot dzērienus

Bezalkoholisko dzērienu vai sulas sūkšana no pudeles caur plastmasas cauruli ir saistīta ar Boyle-Mariotte likumu. Kad gaiss tiek izvadīts no caurules, izmantojot muti, spiediens caurulē samazinās.

Šis spiediena kritums atvieglo šķidruma kustību caurulē, ļaujot tās uzņemšanai. Tas pats princips darbojas asinīs, izmantojot šļirci.

Elpošanas sistēma

Boyle-Mariotte likums ir cieši saistīts ar elpošanas sistēmas darbību. Iedvesmas fāzes laikā notiek diafragmas un citu muskuļu kontrakcija; piemēram, ārējie starpstūri, kas rada ribas izplešanos.

Tas izraisa intrapleurālā spiediena samazināšanos, kas izraisa plaušu izplešanos, kas palielina plaušu tilpumu. Tāpēc intrapulmonālais spiediens samazinās saskaņā ar to, kas norādīts Boyle-Mariotte likumā.

Ja intrapulmonālais spiediens ir zemāks, atmosfēras gaiss ieplūst plaušās, kā rezultātā palielinās spiediens plaušās; spiediens uz atmosfēras spiedienu un iedvesmas fāzes noslēgšana.

Pēc tam relaksējošie muskuļi atslābinās un izsmidzina muskuļus. Turklāt notiek plaušu elastīga atgriešanās - parādība, kas izraisa plaušu tilpuma samazināšanos, kā rezultātā palielinās intrapulmonālais spiediens, ko var izskaidrot ar Boyle-Mariotte likumu..

Palielinot intrapulmonālo spiedienu un kļūstot lielākam par atmosfēras spiedienu, gaiss no plaušu iekšpuses ieplūst atmosfērā. Tas notiek līdz brīdim, kad spiediens tiek izlīdzināts, kas beidzas ar beigu fāzi.

Piemēri (eksperimenti)

1. eksperiments

Neliels balons tiek ievietots cieši noslēgtā vietā, veidojot mezglu mutē, šļirces iekšpusē, kurā virzulis ir noņemts, apmēram 20 ml. Šļirces virzulis ir novietots virzienā uz šļirces vidējo daļu, adata ir noņemta un gaisa ieplūde ir aizsprostota.

Novērošana

Lēnām velkot injektora virzuli, tiek novērots, ka balons ir piepūsts.

Paskaidrojums

Uz balona sienas iedarbojas divi spiedieni: spiediens uz tā iekšējo virsmu, balona iekšpusē esošā gaisa produkts un cits spiediens uz balona ārējo virsmu, ko rada šļircē esošais gaiss..

Ievelkot injektora virzuli, tajā tiek izveidots pusi vakuums. Tāpēc samazinās gaisa spiediens uz sūkņa ārējās virsmas, padarot sūkņa spiedienu relatīvi lielāku..

Šis neto spiediens saskaņā ar Boyle-Mariote likumu radīs balona sienas izspiešanu un balona tilpuma palielināšanos..

2. eksperiments

Izgriezt plastmasas pudelīti, apmēram uz pusi, pārliecinoties, ka griezums ir pēc iespējas horizontāls. Pudeles mutē tiek ievietots labi regulēts balons, tajā pašā laikā dziļā traukā ievieto noteiktu daudzumu ūdens..

Novērošana

Ievietojot pudele ar balonu uz trauka ūdens, balons ir mēreni piepūsts.

Paskaidrojums

Ūdens pārvieto noteiktu gaisa daudzumu, palielinot gaisa spiedienu uz pudeles sienu un balona iekšpusi. Tas, saskaņā ar Boyle-Mariotte likumu, izraisa zemeslodes apjoma pieaugumu, ko vizualizē globālā inflācija..

Atsauces

  1. Vikipēdija. (2019). Boyle likums. Saturs iegūts no: en.wikipedia.org
  2. Encyclopaedia Britannica redaktori. (2018. gada 27. jūlijs). Boyle likums. Encyclopædia Britannica. Saturs iegūts no: britannica.com
  3. Helmenstine, Todd. (2018. gada 5. decembris). Boyle likuma formula. Saturs iegūts no: thinkco.com
  4. Jauniešu indiešu filmas. (2018. gada 15. maijs). Boyle likums: zinātnes eksperiments bērniem. Saturs iegūts no: yifindia.com
  5. Cecilia Bembibre (2011. gada 22. maijs). Karstā gaisa balons Definīcija ABC. Saturs iegūts no: definicionabc.com
  6. Ganong, W, F. (2003). Medicīnas fizioloģija (19. izdevums). Modernās rokasgrāmatas redakcija.