Loven om Boyle-Mariotte Det er en, der udtrykker forholdet mellem det tryk, der udøves af eller på en gas, og det volumen, den optager; holder både temperaturen på gassen konstant såvel som dens mængde (antal mol).
Denne lov beskriver sammen med Charles, Gay-Lussac, Charles og Avogadro adfærden hos en ideel gas; specifikt i en lukket beholder udsat for volumenændringer udøvet af en mekanisk kraft.
Billedet ovenfor opsummerer kort Boyle-Mariotte-loven.
De lilla prikker repræsenterer gasmolekyler eller atomer, som kolliderer med de indre vægge af beholderen (til venstre). Efterhånden som det disponible rum eller volumen på beholderen optaget af denne gas falder, øges kollisionerne, hvilket betyder en stigning i tryk (højre).
Dette viser, at trykket P og volumen V på gassen er omvendt proportionale, hvis beholderen er lukket hermetisk; Ellers ville et højere tryk svare til en større ekspansion af beholderen.
Hvis der blev lavet en graf V mod P med dataene V og P på henholdsvis Y- og X-aksen, ville en asymptotisk kurve blive observeret. Jo lavere V, jo større er stigningen i P; dvs. kurven vil strække sig mod høje værdier af P på X-aksen.
Naturligvis forbliver temperaturen konstant; men hvis det samme eksperiment blev udført ved forskellige temperaturer, ville de relative positioner af disse V vs P-kurver ændre sig på den kartesiske akse. Ændringen ville være endnu mere tydelig, hvis den blev afbildet på en tredimensionel akse med T konstant på Z-aksen..
Artikelindeks
Da videnskabsmanden Galileo Galilei udtrykte sin tro på eksistensen af et vakuum (1638), begyndte forskere at undersøge luftens egenskaber og delvise hulrum.
Den engelsk-irske kemiker, Robert Boyle, begyndte sin undersøgelse af luftens egenskaber i 1638, da han lærte, at en tysk ingeniør og fysiker Otto von Guericke havde bygget en luftpumpe..
For at gennemføre sine studier af lufttryk brugte Boyle et "J" -formet glasrør, hvis konstruktion blev tilskrevet Robert Hooke, en assistent for Boyle. Enden på den korte arm blev forseglet, mens enden på rørets lange arm var åben for at placere kviksølv.
Fra begyndelsen ønskede Boyle at undersøge luftens elasticitet, kvalitativt og kvantitativt. Ved at hælde kviksølv gennem den åbne ende af "J" -røret udledte Boyle, at luften i rørets korte arm trak sig sammen under tryk fra kviksølv..
Jo større mængde kviksølv, der sættes til røret, jo større er trykket på luften og jo mindre er dens volumen. Boyle opnåede en negativ eksponentiel typegraf over volumen af luft som en funktion af tryk.
I mellemtiden, hvis luftmængden er afbildet mod det indvendige af trykket, har vi en lige linje med en positiv hældning.
I 1662 offentliggjorde Boyle den første fysiske lov, der blev givet i form af en ligning, som angav den funktionelle afhængighed af to variabler. I dette tilfælde tryk og volumen.
Boyle påpegede, at der var et omvendt forhold mellem det tryk, der blev udøvet på en gas, og det volumen, som gas besatte, idet dette forhold var relativt sandt for rigtige gasser. De fleste gasser opfører sig som ideelle gasser ved moderate temperaturer og tryk.
Da højere tryk og lavere temperaturer opstod, blev afvigelser i virkningen af ægte gasser fra idealerne mere mærkbare.
Den franske fysiker Edme Mariotte (1620-1684) opdagede uafhængigt den samme lov i 1679. Men det havde fortjenesten at vise, at volumenet varierer med temperaturen. Derfor kaldes det Mariottes lov eller Boyle og Mariottes lov..
Daniel Bernoulli (1737) styrkede Boyles lov ved at påpege, at trykket fra en gas er produceret af påvirkningerne fra gaspartikler på væggene i beholderen, der indeholder den..
I 1845 offentliggjorde John Waterston en videnskabelig artikel, hvor han fokuserede på hovedprincipperne for den kinetiske teori om gasser..
Senere konsoliderede Rudolf Clausius, James Maxwell og Ludqwig Boltzmann den kinetiske teori om gasser, som relaterer til det tryk, der udøves af en gas, med hastigheden af gaspartiklerne i bevægelse..
Jo mindre volumen af beholderen, der indeholder en gas, jo større er hyppigheden af påvirkningerne fra partiklerne, der danner den, mod beholderens vægge; og derfor jo større tryk udøves af gassen.
Eksperimenterne udført af Boyle indikerer, at der er et omvendt forhold mellem volumen optaget af en gas og det tryk, der udøves på den. Imidlertid er det angivne forhold ikke helt lineært som angivet ved en graf over volumenvariationen som en funktion af det tryk, der tilskrives Boyle..
Boyles lov angiver, at det volumen, der optages af en gas, er omvendt proportionalt med trykket. Det er også angivet, at produktet af gasens tryk og dets volumen er konstant.
For at nå frem til det matematiske udtryk for Boyle-Mariotte-loven starter vi med:
V ∝ 1 / P
Hvor indikerer, at volumen optaget af en gas er omvendt proportionalt med dens tryk. Der er dog en konstant, der dikterer, hvor omvendt proportionalt dette forhold er.
V = k / P
Hvor k er proportionalitetskonstanten. Løsning for k har vi:
VP = k
Produktet af en gas og dens volumen er konstant. Derefter:
V1P1 = k og V.toPto = k
Og ud fra dette kan det udledes, at:
V1P1 = VtoPto
Sidstnævnte er det endelige udtryk eller ligning for Boyles lov.
Boyle-Mariotte-loven anvendes til drift af dampmaskiner. Det er en ekstern forbrændingsmotor, der bruger omdannelsen af den termiske energi fra en mængde vand til mekanisk energi.
Vandet opvarmes i en hermetisk lukket kedel, og den producerede damp udøver et tryk i henhold til Boyle-Mariote-loven, der producerer en volumenudvidelse af en cylinder ved at skubbe et stempel.
Stempelets lineære bevægelse omdannes til en rotationsbevægelse ved hjælp af et system med forbindelsesstænger og krumtap, der kan drive hjulene på et lokomotiv eller rotoren på en elektrisk generator..
I øjeblikket er den alternative dampmaskine en lidt brugt motor, da den er blevet fortrængt af elmotoren og af forbrændingsmotoren i transportkøretøjer.
Handlingen med at suge en læskedrik eller juice fra en flaske gennem et plastrør er relateret til Boyle-Mariotte-loven. Når luft suges ud af røret ved hjælp af munden, er der et fald i trykket inde i røret.
Dette trykfald letter væskens opadgående bevægelse i røret, hvilket tillader dets indtagelse. Det samme princip fungerer ved at trække blod gennem brug af en sprøjte..
Boyle-Mariotte-loven er tæt forbundet med åndedrætssystemets funktion. Under inspirationsfasen trækker membranen og andre muskler sig sammen; for eksempel de eksterne interkostaler, der producerer en ekspansion af ribbenburet.
Dette medfører et fald i det intrapleurale tryk, hvilket forårsager en lungeekspansion, der producerer en stigning i lungevolumen. Derfor falder intrapulmonært tryk i henhold til Boyle-Mariotte-loven.
Når intrapulmonært tryk bliver subatmosfærisk, strømmer atmosfærisk luft ind i lungerne, hvilket forårsager en stigning i trykket i lungerne; dermed ligestille sit tryk med atmosfærisk tryk og afslutte inspirationsfasen.
Derefter slapper de inspiratoriske muskler af, og de ekspiratoriske muskler trækker sig sammen. Derudover forekommer elastisk lungetilbagekørsel, et fænomen, der producerer et fald i lungevolumen med en deraf følgende stigning i intrapulmonalt tryk, forklaret af Boyle-Mariotte-loven..
Da intrapulmonært tryk stiger og bliver større end atmosfærisk tryk, strømmer luft fra indersiden af lungerne til atmosfæren. Dette sker, indtil trykket udlignes, hvilket afslutter udløbsfasen..
En lille hermetisk lukket ballon anbringes, hvilket danner en knude i munden inde i en sprøjte, hvorfra stemplet er trukket tilbage, på ca. 20 ml. Sprøjtens stempel placeres mod midten af sprøjten, nålen trækkes tilbage og luftindgangen er blokeret.
Ved langsomt at trække i injektorens stempel, observeres det, at ballonen pustes op.
Der udøves to tryk på ballonvæggen: et tryk på dens indre overflade, et produkt af luften inde i ballonen og et andet tryk på den ydre side af ballonen, der udøves af luften i sprøjten..
Træk i injektorstemplet skaber et halvt vakuum indeni. Derfor falder lufttrykket på den ydre overflade af pumpevæggen, hvilket gør det tryk, der udøves inde i pumpen, relativt højere..
I henhold til Boyle-Mariote-loven vil dette nettotryk producere en udspilning af ballonens væg og en forøgelse af ballonens volumen..
En plastflaske skæres omtrent i halvdelen, hvilket sikrer, at snittet er så vandret som muligt. En tætsiddende ballon placeres i flaskens munding, samtidig placeres en vis mængde vand i en dyb plade.
Ved at placere bunden af flasken med ballonen over vandet i skålen, pustes ballonen op moderat.
Vandet fortrænger en vis mængde luft, hvilket øger lufttrykket på flaskens væg og indersiden af ballonen. Dette forårsager ifølge Boyle-Mariotte-loven en stigning i volumenet af ballonen, hvilket visualiseres af ballonens inflation..
Endnu ingen kommentarer