BOYLE-MARIOTTE DĖSNIS: ISTORIJA, RAIŠKA, PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Boyle-Mariotte "teisė yra vienas, kad išreiškia skirtumą tarp spaudimo ar ant dujų santykius ir garsą ji užima; išlaikant pastovią tiek dujų temperatūrą, tiek jų kiekį (molių skaičių).

Šis įstatymas, kaip ir Charleso, Gay-Lussaco, Charleso ir Avogadro įstatymai, apibūdina idealių dujų elgesį; tiksliau, uždaroje talpoje, kuriai keičiami tūriai, veikiami mechaninės jėgos.

Padidinkite slėgį sumažindami indo tūrį. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Aukščiau pateiktas vaizdas trumpai apibendrina Boyle-Mariotte įstatymą.

Purpuriniai taškai rodo dujų molekules ar atomus, kurie susiduria su vidinėmis talpyklos sienomis (kairėje). Mažėjant rezervuaro erdvei ar tūriui, kurį užima šios dujos, padidėja susidūrimai, o tai reiškia slėgio padidėjimą (dešinėje).

Tai rodo, kad dujų slėgis P ir tūris V yra atvirkščiai proporcingi, jei indas yra hermetiškai uždarytas; priešingu atveju didesnis slėgis prilygtų didesniam konteinerio išsiplėtimui.

Jei būtų sudarytas grafikas V prieš P, atitinkamai pateikiant V ir P duomenis Y ir X ašims, būtų stebima asimptotinė kreivė. Kuo mažesnis V, tuo didesnis P padidėjimas; T. y., kreivė eis link aukštų P ašių X ašyje.

Žinoma, temperatūra išlieka pastovi; tačiau, jei tas pats eksperimentas būtų atliktas skirtingose ​​temperatūrose, santykinės šių V ir P kreivių padėtys pasikeistų Dekarto ašyje. Pokytis būtų dar akivaizdesnis, jei būtų parodyta ant trimatės ašies, o T ašis būtų Z ašis.

Boyle'io dėsnio istorija

Bendrosios aplinkybės

Kai mokslininkas Galileo Galilei išreiškė savo įsitikinimą apie vakuumo egzistavimą (1638 m.), Mokslininkai pradėjo tirti oro ir dalinių tuštumų savybes.

Anglų-airių chemikas Robertas Boyle'as oro savybių tyrimą pradėjo 1638 m. Sužinojęs, kad vokiečių inžinierius ir fizikas Otto von Guericke pastatė oro pompą.

Gyvsidabrio eksperimentas

Oro slėgio tyrimams atlikti, Boyle'as panaudojo „J“ formos stiklinį vamzdelį, kurio konstrukcija buvo priskirta Roberto Hooke'ui, Boyle'io padėjėjui. Trumpos rankos galas buvo užantspauduotas, o ilgos vamzdžio rankos galas buvo atidarytas, kad būtų galima įstatyti gyvsidabrio.

Nuo pat pradžių Boyle'as norėjo kokybiškai ir kiekybiškai ištirti oro elastingumą. Pilamas gyvsidabrį per atvirą „J“ vamzdžio galą, Boyle'as padarė išvadą, kad oras trumpojoje vamzdžio rankoje susitraukė esant gyvsidabrio slėgiui.

Rezultatai

Kuo didesnis gyvsidabrio kiekis pridedamas į mėgintuvėlį, tuo didesnis oras yra spaudžiamas ir mažesnis jo tūris. Boilis gavo neigiamą eksponentinio tipo oro tūrio grafiką kaip slėgio funkciją.

Tuo tarpu, jei oro tūris pavaizduotas pagal atvirkštinį slėgį, turime tiesę su teigiamu nuolydžiu.

1662 m. Boyle'as paskelbė pirmąjį fizikinį įstatymą, kuris buvo pateiktas lygties forma, nurodančia dviejų kintamųjų funkcinę priklausomybę. Tokiu atveju slėgis ir tūris.

Boyle'as pabrėžė, kad egzistuoja atvirkštinis ryšys tarp dujoms daromo slėgio ir jų užimto ​​tūrio. Šis santykis yra gana teisingas tikroms dujoms. Daugelis dujų, veikdamos vidutines temperatūras ir slėgį, elgiasi kaip idealios.

Atsiradus didesniam slėgiui ir žemesnei temperatūrai, realių dujų elgesio nukrypimai nuo idealų tapo labiau pastebimi.

Edme mariotte

Prancūzų fizikas Edme Mariotte (1620–1684) savarankiškai atrado tą patį įstatymą 1679 m. Tačiau jis turėjo nuolaidą parodyti, kad tūris kinta priklausomai nuo temperatūros. Štai kodėl jis vadinamas Mariotte įstatymu arba Boyle ir Mariotte įstatymu.

Įstatymo griežtinimas

Danielis Bernoulli (1737 m.) Sustiprino Boyle'io dėsnį nurodydamas, kad dujų slėgis susidaro dėl dujų dalelių smūgio į talpyklos, kurioje jos yra, sienas.

1845 m. Johnas Waterstonas paskelbė mokslinį straipsnį, kuriame atkreipė dėmesį į pagrindinius dujų kinetinės teorijos principus.

Vėliau Rudolfas Clausius, Jamesas Maxwellas ir Ludqwigas Boltzmannas įtvirtino dujų kinetinę teoriją, susiejančią dujų keliamą slėgį su judančių dujų dalelių greičiu.

Kuo mažesnis rezervuaro, kuriame yra dujos, tūris, tuo didesnis dalelių, kurios ją sudaro, smūgis į talpyklos sienas yra dažnesnis; todėl didesnis dujų slėgis.

Apie ką šis įstatymas?

Boyle'o atlikti eksperimentai rodo, kad yra atvirkštinis ryšys tarp dujų užimto ​​tūrio ir joms daromo slėgio. Tačiau nurodytas ryšys nėra visiškai tiesinis, kaip rodo tūrio kitimo grafikas, priklausomai nuo Boyle priskirto slėgio.

Boyle'io dėsnis rodo, kad dujų užimamas tūris yra atvirkščiai proporcingas slėgiui. Taip pat nurodoma, kad dujų slėgio ir tūrio sandauga yra pastovi.

Matematinė išraiška

Norėdami susidaryti matematinę Boyle-Mariotte dėsnio išraišką, mes pradedame nuo:

V ∝ 1 / P

Kur rodo, kad dujų užimamas tūris yra atvirkščiai proporcingas jų slėgiui. Tačiau yra konstanta, kuri diktuoja, koks atvirkščiai proporcingas yra šis santykis.

V = k / P

Kur k yra proporcingumo konstanta. Spręsdami k mes turime:

VP = k

Dujų slėgio ir tūrio sandauga yra pastovi. Taigi:

V ₁ P ₁ = k ir V ₂ P ₂ = k

Iš to galima spręsti, kad:

V ₁ P ₁ = V ₂ P ₂

Pastaroji yra galutinė Boyle'io dėsnio išraiška arba lygtis.

Kam tai? Kokias problemas išsprendžia Boyle'io dėsnis?

Garo varikliai

Garvežys. Šaltinis: „Pixabay“.

Boyle-Mariotte įstatymas yra taikomas eksploatuojant garo variklius. Tai yra išorinio degimo variklis, naudojantis tam tikro vandens šiluminės energijos pavertimą mechanine energija.

Vanduo kaitinamas hermetiškai uždarytame katile, o garas sukuria slėgį pagal Boyle-Mariote dėsnį, kuris sukuria cilindro tūrį padidinantį stumiant stūmoklį.

Linijinis stūmoklio judėjimas paverčiamas sukimosi judesiu, naudojant jungiamąjį strypą ir alkūninę sistemą, galinčią judinti lokomotyvo ratus arba elektros generatoriaus rotorių.

Šiuo metu alternatyvus garo variklis yra mažai naudojamas variklis, nes jį pakeitė elektros variklis ir transporto priemonių vidaus degimo variklis.

Gurkšnokite gėrimus

Gėrimo ar sulčių iš buteliuko čiulpimas per plastikinį vamzdelį yra susijęs su Boyle-Mariotte įstatymu. Kai oras išsiurbiamas iš vamzdelio per burną, vamzdyje sumažėja slėgis.

Šis slėgio kritimas palengvina skysčio judėjimą vamzdyje į viršų, leidžiantį jį nuryti. Tas pats principas veikia traukiant kraują naudojant švirkštą.

Kvėpavimo sistema

Kvėpavimo sistema. Šaltinis: „Pixabay“

Boyle-Mariotte įstatymas yra glaudžiai susijęs su kvėpavimo sistemos funkcionavimu. Įkvėpimo metu diafragma ir kiti raumenys susitraukia; pavyzdžiui, išoriniai tarpšonkauliai, išplečiantys šonkaulio narvelį.

Dėl to sumažėja intrapleuralinis slėgis, atsiranda plaučių išsiplėtimas, dėl kurio padidėja plaučių tūris. Todėl pagal Boyle-Mariotte dėsnį mažėja intrapulmoninis slėgis.

Kai intrapulmoninis slėgis tampa subatmosferinis, atmosferos oras patenka į plaučius, dėl ko padidėja slėgis plaučiuose; tokiu būdu prilyginant jo slėgį atmosferos slėgiui ir užbaigiant įkvėpimo fazę.

Vėliau įkvepiantys raumenys atsipalaiduoja ir iškvėpimo raumenys susitraukia. Be to, egzistuoja elastinga plaučių įtraukimas, reiškinys, dėl kurio sumažėja plaučių tūris, kartu didėjant plaučių slėgiui, paaiškinta Boyle-Mariotte įstatymu.

Kai padidėja intrapulmoninis slėgis ir jis tampa didesnis nei atmosferos slėgis, oras iš plaučių vidaus patenka į atmosferą. Tai vyksta tol, kol slėgis išsilygina, o tai užbaigia iškvėpimo etapą.

Pavyzdžiai (eksperimentai)

1 eksperimentas

Į švirkšto vidų, iš kurio ištrauktas stūmoklis, padarytas mazgas, maždaug 20 ml, į burną dedamas mazgas, hermetiškai uždarytas balionas. Švirkšto stūmoklis yra nukreiptas į švirkšto vidurį, adata ištraukta ir oro įleidimo anga užblokuota.

Stebėjimas

Lėtai traukdami injektoriaus stūmoklį, stebima, kad balionas pripūstas.

Paaiškinimas

Baliono sienele daromi du spaudimai: slėgis ant jo vidinio paviršiaus, oro baliono viduje esančio produkto ir dar vienas išorinio baliono paviršiaus slėgis, kurį daro švirkšte esantis oras.

Patraukiant injektoriaus stūmoklį, viduje sukuriamas pusvakuumas. Todėl oro slėgis išoriniame siurblio sienos paviršiuje mažėja, todėl siurblio viduje esantis slėgis yra palyginti didesnis.

Šis grynasis slėgis, remiantis Boyle-Mariote įstatymu, sukels baliono sienos išplatėjimą ir padidins baliono tūrį.

2 eksperimentas

Plastikinis butelis supjaustomas maždaug per pusę, užtikrinant, kad pjūvis būtų kiek įmanoma horizontalus. Sandariai priglundantis balionas dedamas į buteliuko burną, tuo pačiu tam tikras vandens kiekis dedamas į gilią lėkštę.

Stebėjimas

Butelio dugną su balionu uždėjus virš indo esančio vandens, balionas pripūs vidutiniškai.

Paaiškinimas

Vanduo išstumia tam tikrą oro kiekį, padidindamas oro slėgį ant butelio sienos ir baliono vidinės pusės. Tai, remiantis Boyle-Mariotte įstatymu, padidina baliono tūrį, kurį rodo baliono pripūtimas.

Nuorodos

1. Vikipedija. (2019 m.). Boyle'io dėsnis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
2. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2018 m. Liepos 27 d.). Boyle'io dėsnis. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
3. Helmenstinas, Todas. (2018 m. Gruodžio 05 d.). Boyle'io dėsnio formulė. Atgauta iš: thinkco.com
4. Jauni indų filmai. (2018 m. Gegužės 15 d.). Boyle'io dėsnis: mokslo eksperimentas vaikams. Atkurta iš: yifindia.com
5. Cecilia Bembibre. (2011 m. Gegužės 22 d.). Karšto oro balionas. Apibrėžtis ABC. Atkurta iš: definicionabc.com
6. Ganong, W, F. (2003). Medicininė fiziologija. (19-asis leidimas). Šiuolaikinio vadovo redakcija.