Zakon povijesti Boyle-Mariottea, matematički izraz, primjeri



Zakon od Boyle je onaj koji izražava odnos između pritiska koji djeluje na plin ili na njega, i volumena koji ga zauzima; održavanje konstantne temperature plina, kao i njegove količine (broj mola).

Ovaj zakon, zajedno s zakonom Charlesa, Gay-Lussaca, Charlesa i Avogadra, opisuje ponašanje idealnog plina; konkretno, u zatvorenom spremniku podvrgnutom promjenama volumena koje vrši mehanička sila.

Gornja slika ukratko sažima Boyle-Mariotteov zakon.

Ljubičaste točke predstavljaju molekule ili atome plina koji se sudaraju s unutarnjim stijenkama spremnika (lijevo). Smanjenjem raspoloživog prostora ili volumena spremnika kojega zauzima ovaj plin, povećavaju se sudari, što dovodi do povećanja tlaka (desno).

To pokazuje da su tlak P i volumen V plina obrnuto proporcionalni ako je spremnik hermetički zatvoren; u suprotnom, viši tlak bi bio jednak većem širenju spremnika.

Ako se radi o parceli V protiv P, s podacima V i P na osi Y i X, uočit će se asimptotska krivulja. Što je manji V, to je veće povećanje P; to jest, krivulja će se proširiti na visoke vrijednosti P na X osi.

Naravno, temperatura ostaje konstantna; ali, ako se isti eksperiment provodi na različitim temperaturama, relativni položaji ovih krivulja V vs P mijenjaju se na kartezijanskoj osi. Promjena bi bila još očitija ako bi se nacrtala na trodimenzionalnoj osi, s konstantom T na osi Z.

indeks

  • 1 Povijest Boyleovog zakona
    • 1.1 Pozadina
    • 1.2 Eksperimentirajte s živom
    • 1.3 Edme Mariotte
    • 1.4 Jačanje zakona
  • 2 Od čega se sastoji ovaj zakon??
  • 3 Matematički izraz
  • 4 Čemu služi? Koje probleme rješava Boyleov zakon??
    • 4.1 Parni strojevi
    • 4.2 Gutljaj pića
    • 4.3. Dišni sustav
  • 5 Primjeri (eksperimenti)
    • 5.1 Eksperiment 1
    • 5.2 Eksperiment 2
  • 6 Reference

Povijest Boyleovog zakona

pozadina

Budući da je znanstvenik Galileo Galilei izrazio vjeru u postojanje praznine (1638.), znanstvenici su počeli proučavati svojstva zraka i djelomičnih šupljina..

Anglo-irski kemičar, Robert Boyle, započeo je studiju o zračnim svojstvima 1638. nakon što je otkrio da su Otto von Guericke, njemački inženjer i fizičar, izgradio zračnu pumpu..

Eksperimentirajte sa živom

Da bi proveo proučavanje tlaka zraka, Boyle je koristio staklenu cijev u obliku "J", čija je konstrukcija pripisana Robertu Hookeu, pomoćniku Boylea. Kraj kratke ruke bio je zapečaćen, dok je kraj dugog kraka cijevi bio otvoren za stavljanje žive.

Od samog početka, Boyle je želio proučiti elastičnost zraka, kvalitativno i kvantitativno. Prelijevanjem žive kroz otvoreni kraj cijevi u obliku "J", Boyle je zaključio da se zrak u kratkom kraku cijevi skuplja pod tlakom žive.

rezultati

Što je veća količina žive koja se dodaje cijevi, to je veći pritisak na zrak i manji volumen. Boyle je dobio negativni graf eksponencijalnog tipa volumena zraka kao funkciju tlaka.

Dok, ako nacrtate volumen zraka u odnosu na inverzni pritisak, imate ravnu liniju pozitivnog nagiba.

Godine 1662., Boyle je objavio prvi fizički zakon koji je dan u obliku jednadžbe, što ukazuje na funkcionalnu ovisnost dvije varijable. U ovom slučaju, tlak i volumen.

Boyle je istaknuo da postoji inverzni odnos između pritiska na plin i volumena koji zauzima taj plin, pri čemu je taj omjer relativno istinit za prave plinove. Većina se plinova ponaša kao idealni plinovi pri umjerenim tlakovima i temperaturama.

S većim tlakovima i nižim temperaturama, odstupanja od ponašanja stvarnih plinova ideala postaju vidljivija.

Edme Mariotte

Francuski fizičar Edme Mariotte (1620.-1684.) Samostalno je otkrio isti zakon 1679. godine. Zato se to zove Mariotteov zakon ili Boyleov i Mariotteov zakon.

Jačanje zakona

Daniel Bernoulli (1737.) ojačao je Boyleov zakon ističući da je tlak plina proizveden djelovanjem čestica plina na zidove spremnika koji ga sadrže..

Godine 1845. John Waterston objavio je znanstveni članak u kojem se usredotočuje na glavna načela kinetičke teorije plinova.

Kasnije su Rudolf Clausius, James Maxwell i Ludqwig Boltzmann konsolidirali kinetičku teoriju plinova, koja povezuje tlak plina s brzinom čestica plina u pokretu..

Što je manji volumen spremnika koji sadrži plin, to je veća učestalost udara čestica koje ga tvore na stijenke spremnika; i stoga, što je veći tlak plina.

Od čega se sastoji ovaj zakon??

Eksperimenti koje je proveo Boyle ističe da postoji obrnuti odnos između volumena koji zauzima plin i pritiska na njega. Međutim, spomenuti odnos nije potpuno linearan, kao što je prikazano grafom varijacije volumena prema pritisku koji se pripisuje Boyleu.

U Boyleovom zakonu istaknuto je da je volumen plina kojeg zauzima obrnuto proporcionalan tlaku. Također je naznačeno da je proizvod tlaka plina po volumenu konstantan.

Matematički izraz

Da bismo došli do matematičkog izraza Boyle-Mariotteovog zakona, polazimo od:

V α 1 / P

Tamo gdje to pokazuje da je volumen koji zauzima plin obrnuto proporcionalan njegovu tlaku. Međutim, postoji konstanta koja diktira koliko je taj odnos obrnuto proporcionalan.

V = k / P

Gdje je k konstantna proporcionalnosti. Brisanje k imate:

VP = k

Produkt tlaka plina po volumenu je konstantan. tada je:

V1P1 = k i V2P2 = k

Iz toga se može zaključiti da:

V1P1 = V2P2

Potonji je konačni izraz ili jednadžba za Boyleov zakon.

Za što je? Koje probleme rješava Boyleov zakon??

Parni strojevi

Zakon Boyle-Mariottea odnosi se na rad parnih strojeva. To je motor s vanjskim izgaranjem koji koristi pretvorbu toplinske energije iz količine vode u mehaničku energiju.

Voda se zagrijava u hermetički zatvorenom kotlu, a proizvedena para vrši pritisak prema zakonu Boyle-Mariote koji proizvodi volumno širenje cilindra guranjem klipa.

Linearno kretanje klipa pretvara se u rotacijsko kretanje, korištenjem sustava koljenastih i koljenastih kotača, koji mogu pokrenuti kotače lokomotive ili rotora električnog generatora..

Trenutno je alternativni parni motor malo iskorišten motor, budući da ga je elektromotor i motor s unutarnjim izgaranjem zamijenio u transportnim vozilima.

Sipping pića

Djelovanje sisanja bezalkoholnog pića ili soka iz boce kroz plastičnu cijev povezano je s Boyle-Mariotteovim zakonom. Kada se zrak usisava iz cijevi pomoću usta, dolazi do smanjenja tlaka unutar cijevi.

Ovaj pad tlaka olakšava kretanje tekućine u cijevi prema gore, dopuštajući njegovo gutanje. Isti princip djeluje pri vađenju krvi pomoću štrcaljke.

Dišni sustav

Zakon Boyle-Mariottea usko je povezan s funkcioniranjem dišnog sustava. Tijekom inspiracijske faze javlja se kontrakcija dijafragme i drugih mišića; na primjer, vanjski interkostali koji proizvode ekspanziju rebara.

To uzrokuje smanjenje intrapleuralnog tlaka, što uzrokuje ekspanziju pluća koja uzrokuje povećanje volumena pluća. Stoga se intrapulmonalni tlak smanjuje prema onome što je navedeno u Boyle-Mariotteovom zakonu.

Kada je intrapulmonalni tlak subatmosferski, atmosferski zrak teče u pluća, što rezultira povećanim tlakom u plućima; izjednačavanje, pritisak na atmosferski tlak i zaključivanje faze inspiracije.

Nakon toga se mišići inspiratora opuste i mišići izdisaja se skupljaju. Osim toga, javlja se elastična relomija pluća, fenomen koji uzrokuje smanjenje volumena pluća, uz posljedično povećanje intrapulmonalnog tlaka, što se može objasniti Boyle-Mariotteovim zakonom..

Povećavajući intrapulmonalni tlak i postajući veći od atmosferskog tlaka, zrak teče iz unutrašnjosti pluća u atmosferu. To se događa dok se tlakovi ne izjednače, što zaključuje fazu isteka.

Primjeri (eksperimenti)

Eksperiment 1

Mali balon je postavljen čvrsto zatvoren, stvarajući čvor u ustima, unutar štrcaljke, na koju je uklonjen klip, od približno 20 ml. Klip štrcaljke je postavljen prema srednjem dijelu štrcaljke, igla je uklonjena i ulaz za zrak je ometan.

zapažanje

Polako povlačeći klip injektora, primjećuje se da je balon napuhan.

objašnjenje

Na zid balona djeluju dva pritiska: tlak na njegovoj unutarnjoj strani, produkt zraka koji se nalazi unutar balona, ​​i drugi pritisak na vanjsku stranu balona, ​​koji djeluje na zrak koji se nalazi u štrcaljki.

Kada povlačite klip injektora, unutar njega se stvara polu-vakuum. Zbog toga se tlak zraka na vanjskoj strani zida crpke smanjuje, što tlak unutar pumpe čini relativno većim..

Taj neto tlak, prema zakonu Boyle-Mariote, proizvest će širenje zida balona i povećanje volumena balona.

Eksperiment 2

Izrežite plastičnu bocu, otprilike na pola, pazeći da je rez što je moguće horizontalniji. U ustima boce nalazi se dobro podešen balon, a istovremeno se u duboku posudu stavlja određena količina vode..

zapažanje

Postavljanjem dna boce s balonom na vodu posude, balon je umjereno napuhan.

objašnjenje

Voda pomiče određenu količinu zraka, povećavajući pritisak zraka na zid boce i unutrašnjost balona. To uzrokuje, prema zakonu Boyle-Mariottea, povećanje volumena svijeta, koje se vizualizira inflacijom globusa..

reference

  1. Wikipedia. (2019). Boyleov zakon. Preuzeto s: en.wikipedia.org
  2. Urednici Enciklopedije Britannica. (27. srpnja 2018.) Boyleov zakon. Encyclopædia Britannica. Preuzeto s: britannica.com
  3. Helmenstine, Todd. (5. prosinca 2018.) Formula za Boyleov zakon. Preuzeto s: thoughtco.com
  4. Mladi indijski filmovi. (15. svibnja 2018.) Boyleov zakon: eksperiment za znanost za djecu. Preuzeto s: yifindia.com
  5. Cecilia Bembibre (22. svibnja 2011.) Balon na vrući zrak Definicija ABC. Preuzeto s: definicionabc.com
  6. Ganong, W, F. (2003). Medicinska fiziologija (19. izdanje). Uvodnik Modernog priručnika.