Undang-undang sejarah Boyle-Mariotte, ungkapan matematik, contohnya



Undang-undang Boyle-Mariotte adalah yang menyatakan hubungan antara tekanan yang dikenakan oleh atau pada gas, dan jumlah yang didudukinya; memelihara suhu gas secara tetap, serta kuantiti (bilangan tahi lalat).

Undang-undang ini, bersama dengan Charles, Gay-Lussac, Charles dan Avogadro, menggambarkan perilaku gas ideal; khususnya, dalam kontena tertutup tertakluk kepada perubahan isipadu yang dikenakan oleh daya mekanikal.

Imej di atas secara ringkas merangkum undang-undang Boyle-Mariotte.

Titik ungu mewakili molekul atau atom gas, yang bertembung dengan dinding dalaman bekas (kiri). Dengan mengurangkan ruang yang ada atau isipadu wadah yang diduduki oleh gas ini, peningkatan tabrakan, yang diterjemahkan ke dalam peningkatan tekanan (kanan).

Ini menunjukkan bahawa tekanan P dan volum V gas berkadar songsang jika kontena tertutup secara hermetikal; Jika tidak, tekanan yang lebih tinggi akan sama dengan pengembangan bekas yang lebih besar.

Sekiranya plot V dibuat terhadap P, dengan data V dan P pada paksi Y dan X, masing-masing, keluk asimtotik akan diperhatikan. Yang lebih kecil adalah V, semakin besar peningkatan P; iaitu, lengkung akan memanjangkan ke nilai tinggi P pada paksi X.

Sudah tentu, suhu tetap berterusan; tetapi, jika eksperimen yang sama dijalankan pada suhu yang berbeza, kedudukan relatif lengkung ini V vs P akan berubah dalam paksi Cartesian. Perubahan itu akan lebih jelas jika ia telah diplotkan pada paksi tiga dimensi, dengan T tetap pada paksi Z.

Indeks

  • 1 Sejarah undang-undang Boyle
    • 1.1 Latar Belakang
    • 1.2 Eksperimen dengan merkuri
    • 1.3 Edme Mariotte
    • 1.4 Memperkukuhkan undang-undang
  • 2 Apakah undang-undang ini terdiri daripada??
  • 3 Ekspresi matematik
  • 4 Apa itu? Apakah masalah yang dilakukan Boyle??
    • 4.1 Mesin wap
    • 4.2 Min minuman keras
    • 4.3 Sistem pernafasan
  • 5 Contoh (eksperimen)
    • 5.1 Eksperimen 1
    • 5.2 Eksperimen 2
  • 6 Rujukan

Sejarah undang-undang Boyle

Latar Belakang

Sejak saintis Galileo Galilei menyatakan kepercayaannya terhadap kewujudan kekosongan (1638), saintis mula mempelajari sifat-sifat udara dan lompang separa.

Ahli kimia Anglo-Irish, Robert Boyle, memulakan kajiannya terhadap sifat-sifat udara pada tahun 1638 apabila mengetahui bahawa Otto von Guericke, seorang jurutera dan ahli fizik Jerman, telah membina pam udara.

Eksperimen dengan merkuri

Untuk menjalankan pengajiannya terhadap tekanan udara, Boyle menggunakan tiub kaca dalam bentuk "J", yang pembinaannya dikaitkan dengan Robert Hooke, pembantu Boyle. Akhir lengan pendek disegel, sementara akhir lengan panjang tabung terbuka untuk meletakkan merkuri.

Dari awal, Boyle ingin mengkaji keanjalan udara, secara kualitatif dan kuantitatif. Dengan mencurahkan merkuri menerusi tabung terbuka "J", Boyle menyimpulkan bahawa udara dalam lengan pendek tiub yang dikontrak di bawah tekanan merkuri.

Keputusan

Semakin banyak merkuri yang ditambahkan ke tiub, semakin besar tekanan yang dikenakan di udara dan semakin rendah jumlahnya. Boyle memperoleh graf jenis eksponen negatif isipadu udara sebagai fungsi tekanan.

Walaupun, jika anda merancang isipadu udara terhadap tekanan songsang, anda mempunyai garis lurus positif lurus.

Pada 1662, Boyle menerbitkan undang-undang fizikal pertama yang diberikan dalam bentuk persamaan, yang menunjukkan kebergantungan fungsi dua pembolehubah. Dalam kes ini, tekanan dan kelantangannya.

Boyle menegaskan bahawa terdapat hubungan songsang antara tekanan yang dikenakan ke atas gas dan isipadu yang diduduki oleh gas itu, nisbah ini agak benar untuk gas sebenar. Kebanyakan gas bertindak seperti gas ideal pada tekanan sederhana dan suhu.

Dengan tekanan yang lebih tinggi dan suhu yang lebih rendah, penyimpangan daripada tingkah laku gas sebenar cita menjadi lebih ketara.

Edme Mariotte

Ahli fizik Perancis, Edme Mariotte (1620-1684) secara bebas menemui undang-undang yang sama pada tahun 1679. Tetapi ia mempunyai merit menunjukkan bahawa jumlahnya berubah mengikut suhu. Itulah sebabnya ia dipanggil Undang-undang Mariotte atau Boyle dan Undang-Undang Mariotte.

Memperkukuhkan undang-undang

Daniel Bernoulli (1737) menguatkan Undang-undang Boyle dengan menunjukkan bahawa tekanan gas dihasilkan oleh kesan zarah gas di dinding bekas yang mengandunginya..

Pada tahun 1845, John Waterston menerbitkan artikel saintifik, di mana beliau memberi tumpuan kepada prinsip-prinsip utama teori kinetik gas.

Kemudian, Rudolf Clausius, James Maxwell dan Ludqwig Boltzmann menggabungkan teori kinetik gas, yang mengaitkan tekanan yang dikenakan oleh gas dengan halaju zarah-zarah gas yang bergerak.

Lebih kecil jumlah bekas yang mengandungi gas, semakin besar frekuensi kesan zarah yang membentuknya terhadap dinding bekas; dan oleh itu, semakin besar tekanan yang dikenakan oleh gas.

Apa undang-undang ini terdiri daripada??

Eksperimen-eksperimen yang dijalankan oleh Boyle menunjukkan bahawa ada hubungan songsang antara volume yang diduduki oleh gas dan tekanan yang dikenakan ke atasnya. Walau bagaimanapun, hubungan yang dinyatakan di atas tidak sepenuhnya linear, seperti yang ditunjukkan oleh graf variasi volum mengikut tekanan yang dikaitkan dengan Boyle.

Dalam Undang-undang Boyle, ia menyatakan bahawa isipadu yang diduduki oleh gas berkadar songsang dengan tekanan. Ia juga menunjukkan bahawa produk tekanan gas dengan jumlahnya tetap.

Ekspresi matematik

Untuk mendapatkan ekspresi matematik undang-undang Boyle-Mariotte, kita mulakan dari:

V α 1 / P

Di mana ia menunjukkan bahawa isipadu yang diduduki oleh gas berkadar songsang dengan tekanannya. Walau bagaimanapun, terdapat pemalar yang menentukan bagaimana berkadar berbanding dengan hubungan ini.

V = k / P

Di mana k ialah pemalar kepelbagaian. Pembersihan k anda ada:

VP = k

Produk dari tekanan gas dengan jumlahnya tetap. Kemudian:

V1P1 = k dan V2P2 = k

Dan dari ini dapat disimpulkan bahawa:

V1P1 = V2P2

Yang terakhir adalah ungkapan akhir atau persamaan untuk undang-undang Boyle.

Apa itu? Apakah masalah yang dilakukan Boyle??

Mesin wap

Undang-undang Boyle-Mariotte terpakai untuk operasi enjin stim. Ia adalah enjin pembakaran luaran yang menggunakan transformasi tenaga haba dari kuantiti air ke dalam tenaga mekanikal.

Air itu dipanaskan dalam dandang yang tertutup rapat, dan stim yang dikeluarkan menghasilkan tekanan mengikut undang-undang Boyle-Mariote yang menghasilkan pengembangan silinder dengan menolak omboh.

Pergerakan linear omboh berubah menjadi pergerakan putaran, melalui penggunaan sistem cranks and cranks, yang dapat memacu roda lokomotif atau pemutar generator elektrik.

Pada masa ini, enjin stim alternatif adalah enjin kecil, kerana ia telah dipindahkan oleh motor elektrik dan enjin pembakaran dalaman dalam kenderaan pengangkutan.

Menghirup minuman

Tindakan menghisap minuman ringan atau jus dari botol melalui tiub plastik adalah berkaitan dengan undang-undang Boyle-Mariotte. Apabila udara disedut dari tiub menggunakan mulut, terdapat penurunan tekanan di dalam tiub.

Penurunan tekanan ini memudahkan pergerakan cecair ke atas dalam tiub, membenarkan pengingesannya. Prinsip yang sama ini berfungsi dalam pengekstrakan darah dengan menggunakan picagari.

Sistem pernafasan

Undang-undang Boyle-Mariotte berkait rapat dengan fungsi sistem pernafasan. Semasa fasa inspirasi, penguncupan diafragma dan otot lain berlaku; contohnya, intercostals luaran yang menghasilkan pengembangan sangkar tulang rusuk.

Ini menyebabkan penurunan tekanan intrapleural, yang menyebabkan pengembangan paru-paru yang menghasilkan peningkatan jumlah paru-paru. Oleh itu, tekanan intrapulmonary berkurangan mengikut apa yang dinyatakan dalam undang-undang Boyle-Mariotte.

Apabila tekanan intrapulmonary adalah subatmosfera, aliran udara atmosfera ke dalam paru-paru, menyebabkan peningkatan tekanan dalam paru-paru; bersamaan, tekanannya kepada tekanan atmosfera, dan menyimpulkan fasa inspirasi.

Seterusnya, otot inspirasi berehat dan kontrak otot ekspirasi. Di samping itu, penarikan balik elastik pulmonari berlaku, satu fenomena yang menghasilkan penurunan jumlah paru-paru, dengan peningkatan tekanan intrapulmonary yang dapat dijelaskan oleh undang-undang Boyle-Mariotte..

Dengan meningkatkan tekanan intrapulmonary, dan menjadi lebih besar daripada tekanan atmosfera, udara mengalir dari bahagian dalam paru-paru ke atmosfera. Ini berlaku sehingga tekanan diseimbangkan, yang menyimpulkan fasa tamat tempoh.

Contoh (eksperimen)

Eksperimen 1

Belon kecil diletakkan dengan ketat ditutup, membuat simpul di mulutnya, di dalam jarum suntikan, yang mana peluntur telah dikeluarkan, kira-kira 20 ml. Penembakan jarum suntik diletakkan di bahagian tengah jarum suntikan, jarum dikeluarkan dan salur masuk udara terhalang.

Pemerhatian

Oleh perlahan-lahan menarik pelekap penyuntik, diperhatikan bahawa belon itu dinaikkan.

Penjelasan

Dua tekanan dikenakan pada dinding belon: tekanan pada muka dalamannya, hasil udara yang terdapat di dalam belon, dan tekanan lain pada permukaan luar belon, yang dikenakan oleh udara yang terkandung dalam picagari.

Apabila menarik plunger penyuntik, separuh vakum dibuat di dalamnya. Oleh itu, tekanan udara pada permukaan luar dinding pam berkurang, menjadikan tekanan yang dikenakan di dalam pam relatif lebih tinggi..

Tekanan bersih ini, menurut undang-undang Boyle-Mariote, akan menghasilkan pendirian dinding belon dan peningkatan jumlah belon.

Eksperimen 2

Potong botol plastik, kira-kira separuh, pastikan potongan adalah seperti mendatar yang mungkin. Di dalam mulut botol belon yang diselaraskan dengan baik diletakkan, pada masa yang sama sejumlah air dimasukkan ke dalam pinggan yang dalam.

Pemerhatian

Dengan meletakkan bahagian bawah botol dengan balon di atas air dari hidangan, belon itu dinaikkan dengan sederhana.

Penjelasan

Air mengalir sejumlah udara, meningkatkan tekanan udara di dinding botol dan bahagian dalam balon. Ini menyebabkan, menurut undang-undang Boyle-Mariotte, peningkatan dalam jumlah dunia, yang digambarkan oleh inflasi dunia.

Rujukan

  1. Wikipedia. (2019). Undang-undang Boyle. Diperolehi daripada: en.wikipedia.org
  2. The Editors of Encyclopaedia Britannica. (27 Julai 2018). Undang-undang Boyle. Encyclopædia Britannica. Diperolehi daripada: britannica.com
  3. Helmenstine, Todd. (5 Disember, 2018). Formula untuk Undang-undang Boyle. Diperolehi daripada: thoughtco.com
  4. Filem India Muda. (15 Mei 2018). Undang-undang Boyle: Eksperimen Sains Untuk Kanak-kanak. Diperolehi daripada: yifindia.com
  5. Cecilia Bembibre (22 Mei 2011). Belon udara panas Definisi ABC. Diperolehi daripada: definicionabc.com
  6. Ganong, W, F. (2003). Physiology Perubatan (Edisi ke-19). Editorial Manual Moden.