Lagen om Boyle-Mariotte Det är ett som uttrycker förhållandet mellan trycket som utövas av eller på en gas och den volym som det upptar; håller både gasens temperatur konstant och dess kvantitet (antal mol).
Denna lag, tillsammans med Charles, Gay-Lussac, Charles och Avogadro, beskriver beteendet hos en idealgas; specifikt i en sluten behållare utsatt för volymförändringar som utövas av en mekanisk kraft.
Bilden ovan sammanfattar kort Boyle-Mariotte-lagen.
De lila prickarna representerar gasmolekyler eller atomer som kolliderar med behållarens innerväggar (vänster). När det tillgängliga utrymmet eller volymen på den behållare som upptas av denna gas minskar ökar kollisionerna, vilket leder till en ökning av trycket (höger).
Detta visar att gasens tryck P och volym V är omvänt proportionella om behållaren är hermetiskt stängd; annars skulle ett högre tryck motsvara en större expansion av kärlet.
Om ett diagram V mot P gjordes, med data för V och P på Y- och X-axlarna, skulle en asymptotisk kurva observeras. Ju lägre V, desto större ökning av P; det vill säga kurvan sträcker sig mot höga värden på P på X-axeln.
Naturligtvis förblir temperaturen konstant; men om samma experiment utfördes vid olika temperaturer skulle de relativa positionerna för dessa V vs P-kurvor förändras på den kartesiska axeln. Förändringen skulle vara ännu tydligare om den ritades på en tredimensionell axel, med T konstant på Z-axeln..
Artikelindex
Eftersom forskaren Galileo Galilei uttryckte sin tro på förekomsten av ett vakuum (1638) började forskare studera luftens egenskaper och partiella tomrum.
Den engelsk-irländska kemisten Robert Boyle började sin studie av luftens egenskaper 1638 när han fick veta att Otto von Guericke, en tysk ingenjör och fysiker, hade byggt en luftpump..
För att genomföra sina studier av lufttrycket använde Boyle ett ”J” -format glasrör, vars konstruktion tillskrevs Robert Hooke, en assistent för Boyle. Änden på den korta armen var förseglad, medan änden på rörets långa arm var öppen för att placera kvicksilver.
Från början ville Boyle studera luftens elasticitet, kvalitativt och kvantitativt. Genom att hälla kvicksilver genom den öppna änden av "J" -röret, drog Boyle slutsatsen att luften i rörets korta arm dragit sig samman under tryck av kvicksilver..
Ju större kvicksilvermängd som tillsätts röret, desto större tryck utövas på luften och desto mindre är dess volym. Boyle erhöll en negativ exponentiell typdiagram över luftvolymen som en funktion av tryck.
Under tiden, om luftvolymen plottas mot det inversa av trycket, har vi en rak linje med en positiv lutning.
År 1662 publicerade Boyle den första fysiska lagen som gavs i form av en ekvation, som indikerade det funktionella beroendet av två variabler. I detta fall, tryck och volym.
Boyle påpekade att det fanns ett omvänt förhållande mellan trycket på en gas och den volym som gasen ockuperade, detta förhållande var relativt sant för riktiga gaser. De flesta gaser beter sig som ideala gaser vid måttliga temperaturer och tryck.
När högre tryck och lägre temperaturer inträffade blev avvikelser i verkliga gasers beteende mer synliga.
Den franska fysikern Edme Mariotte (1620-1684) upptäckte självständigt samma lag 1679. Men den hade fördelen att visa att volymen varierar med temperaturen. Det är därför det kallas Mariottes lag eller Boyle och Mariottes lag..
Daniel Bernoulli (1737) stärkte Boyles lag genom att påpeka att gasens tryck alstras av gaspartiklarnas inverkan på behållarens väggar som innehåller den..
1845 publicerade John Waterston en vetenskaplig artikel, där han fokuserade på huvudprinciperna för den kinetiska teorin om gaser..
Senare konsoliderade Rudolf Clausius, James Maxwell och Ludqwig Boltzmann den kinetiska teorin om gaser, som avser trycket som utövas av en gas med gaspartiklarnas hastighet i rörelse..
Ju mindre volymen på behållaren som innehåller en gas, desto större är frekvensen för partiklarnas stötar mot behållarens väggar; och därför desto större tryck utövas av gasen.
Experimenten utförda av Boyle indikerar att det finns ett omvänt förhållande mellan volymen som upptas av en gas och det tryck som utövas på den. Emellertid är det angivna förhållandet inte helt linjärt, vilket indikeras av ett diagram över volymvariationen som en funktion av trycket som tillskrivs Boyle.
Boyles lag indikerar att volymen som upptas av en gas är omvänt proportionell mot trycket. Det anges också att produkten av gasens tryck och dess volym är konstant.
För att komma till det matematiska uttrycket för Boyle-Mariotte-lagen börjar vi från:
V ∝ 1 / P
Var indikerar att volymen som upptas av en gas är omvänt proportionell mot dess tryck. Det finns dock en konstant som dikterar hur omvänt proportionellt detta förhållande är.
V = k / P
Där k är proportionalitetskonstanten. Lösning för k har vi:
VP = k
Produkten av gasens tryck och dess volym är konstant. Sedan:
V1P1 = k och V.tvåPtvå = k
Och av detta kan man dra slutsatsen att:
V1P1 = VtvåPtvå
Det senare är det sista uttrycket eller ekvationen för Boyles lag.
Boyle-Mariotte-lagen tillämpas vid drift av ångmotorer. Det är en extern förbränningsmotor som använder omvandlingen av termisk energi från en mängd vatten till mekanisk energi.
Vattnet värms upp i en hermetiskt tillsluten panna, och ångan som produceras utövar ett tryck enligt Boyle-Mariote-lagen som producerar en volymutvidgning av en cylinder genom att trycka på en kolv.
Kolvens linjära rörelse omvandlas till en rotationsrörelse, genom användning av ett system av vevstänger och vevar, som kan driva hjulen på ett lok eller rotorn på en elektrisk generator..
För närvarande är den alternativa ångmotorn en lite begagnad motor, eftersom den har förskjutits av elmotorn och av förbränningsmotorn i transportfordon.
Handlingen att suga en läsk eller juice från en flaska genom ett plaströr är relaterad till Boyle-Mariotte-lagen. När luft sugs ut ur röret med munnen, minskar trycket inuti röret.
Detta tryckfall underlättar vätskans uppåtgående rörelse i röret, vilket möjliggör intag av det. Samma princip fungerar för att dra blod genom användning av en spruta..
Boyle-Mariotte-lagen är nära relaterad till andningsorganens funktion. Under inspirationsfasen kontraherar membranet och andra muskler; till exempel de yttre interkostalerna som producerar en expansion av bröstkorgen.
Detta orsakar en minskning av det intrapleurala trycket, vilket orsakar en lungutvidgning som ger en ökning av lungvolymen. Därför minskar intrapulmonärt tryck enligt Boyle-Mariotte-lagen.
När intrapulmonärt tryck blir subatmosfäriskt strömmar atmosfärsluft in i lungorna, vilket orsakar en ökning av trycket i lungorna; vilket likställer sitt tryck med atmosfärstrycket och avslutar inspirationsfasen.
Därefter slappnar de inandningsmusklerna av och utandningsmusklerna dras samman. Dessutom uppträder elastisk lungåterdragning, ett fenomen som producerar en minskning av lungvolymen, med en därmed ökning av intrapulmonärt tryck, förklarat av Boyle-Mariotte-lagen..
När intrapulmonärt tryck ökar och blir högre än atmosfärstrycket flyter luft från insidan av lungorna till atmosfären. Detta inträffar tills trycken utjämnas, vilket avslutar utgångsfasen..
En liten hermetiskt stängd ballong placeras, vilket gör en knut i munnen, inuti en spruta, från vilken kolven har dragits ut, på cirka 20 ml. Sprutans kolv placeras mot sprutans mitt, nålen dras tillbaka och luftinloppet blockeras.
Genom att långsamt dra i injektorns kolv observeras att ballongen blåses upp.
Två tryck utövas på ballongens vägg: ett tryck på dess inre yta, en produkt av luften som finns i ballongen och ett annat tryck på ballongens yttre yta, som utövas av luften i sprutan..
Att dra i injektorkolven skapar ett halvvakuum inuti. Därför minskar lufttrycket på den yttre ytan av pumpväggen, vilket gör det tryck som utövas inuti pumpen relativt högre..
Detta nettotryck, enligt Boyle-Mariote-lagen, kommer att producera en uppskjutning av ballongens vägg och en ökning av ballongens volym..
En plastflaska skärs ungefär hälften så att skäret blir så horisontellt som möjligt. En tätt passande ballong placeras i flaskans mynning, samtidigt placeras en viss mängd vatten i en djup tallrik.
Genom att placera botten av flaskan med ballongen över vattnet i skålen blåser ballongen upp måttligt.
Vattnet förskjuter en viss mängd luft, vilket ökar lufttrycket på flaskans vägg och insidan av ballongen. Detta orsakar, enligt Boyle-Mariotte-lagen, en ökning av ballongens volym, vilket visualiseras av ballongens inflation..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.