BOYLE-MARIOTES LOV: HISTORIE, UTTRYKK, EKSEMPLER - KJEMI - 2026

Den Boyle-Mariotte lov er en som uttrykker forholdet mellom det trykk som utøves av eller på en gass, og det volum den opptar; holder både temperaturen på gassen konstant, så vel som dens mengde (antall mol).

Denne loven beskriver, sammen med den fra Charles, Gay-Lussac, Charles og Avogadro, oppførselen til en ideell gass; nærmere bestemt i en lukket beholder utsatt for volumendringer utøvd av en mekanisk kraft.

Trykkøkning ved å redusere volumet på beholderen. Kilde: Gabriel Bolívar

Bildet ovenfor oppsummerer Boyle-Mariotte-loven kort.

De lilla prikkene representerer gassmolekyler eller atomer, som kolliderer med innerveggene i beholderen (til venstre). Når plassen eller volumet som er tilgjengelig i beholderen okkupert av denne gassen avtar, øker kollisjonene, noe som betyr en økning i trykket (høyre).

Dette viser at trykket P og volum V av gassen er omvendt proporsjonalt hvis beholderen er hermetisk lukket; Ellers vil et høyere trykk være lik en større utvidelse av beholderen.

Hvis det ble laget en graf V mot P, med dataene til henholdsvis V og P på henholdsvis Y- og X-aksene, vil en asymptotisk kurve bli observert. Jo mindre V, jo større er økningen i P; det vil si at kurven vil strekke seg mot høye verdier av P på X-aksen.

Naturligvis forblir temperaturen konstant; men hvis det samme eksperimentet ble utført ved forskjellige temperaturer, ville de relative stillingene til disse V vs P-kurvene endre seg på den kartesiske aksen. Endringen vil bli enda tydeligere hvis den plottes på en tredimensjonal akse, med T konstant på Z-aksen.

Historien om Boyle's Law

Bakgrunn

Siden forskeren Galileo Galilei uttrykte sin tro på eksistensen av et vakuum (1638), begynte forskere å studere egenskapene til luft og delvis tomrom.

Den anglo-irske kjemikeren Robert Boyle begynte sin studie av luftens egenskaper i 1638 da han fikk vite at Otto von Guericke, en tysk ingeniør og fysiker, hadde bygget en luftpumpe.

Merkureksperiment

For å utføre sine studier av lufttrykk, brukte Boyle et "J" -formet glassrør, hvis konstruksjon ble tilskrevet Robert Hooke, en assistent for Boyle. Enden av den korte armen var forseglet, mens enden av den lange armen på røret var åpen for å plassere kvikksølvet.

Fra begynnelsen ønsket Boyle å studere luftens elastisitet, kvalitativt og kvantitativt. Ved å helle kvikksølv gjennom den åpne enden av "J" -røret, utledet Boyle at luften i den korte armen på røret trekket seg sammen under kvikksølvtrykket.

resultater

Jo større mengde kvikksølv som er tilsatt røret, jo større trykk utøves på luften og desto mindre er volumet. Boyle oppnådde en negativ eksponentiell type av luftvolum som en funksjon av trykk.

I mellomtiden, hvis volumet av luft plottes mot det inverse av trykk, har vi en rett linje med en positiv helling.

I 1662 publiserte Boyle den første fysiske loven som ble gitt i form av en ligning, som indikerte den funksjonelle avhengigheten til to variabler. I dette tilfellet trykket og volumet.

Boyle påpekte at det var et omvendt forhold mellom trykket som ble utøvd på en gass og volumet som gassen opptok, og dette forholdet var relativt sant for reelle gasser. De fleste gasser oppfører seg som ideelle gasser ved moderate temperaturer og trykk.

Etter hvert som høyere trykk og lavere temperaturer skjedde, ble avvik i oppførselen til reelle gasser fra idealene mer merkbare.

Edme mariotte

Den franske fysikeren Edme Mariotte (1620-1684) oppdaget uavhengig av den samme loven i 1679. Men det hadde fortrinnet å vise at volumet varierer med temperaturen. Derfor kalles det Mariottes lov eller Boyle og Mariottes lov.

Styrking av loven

Daniel Bernoulli (1737) styrket Boyle's Law ved å påpeke at trykket til en gass er produsert av påvirkningene fra gasspartiklene på veggene i beholderen som inneholder den.

I 1845 publiserte John Waterston en vitenskapelig artikkel, der han fokuserte på hovedprinsippene for den kinetiske teorien om gasser.

Senere konsoliderte Rudolf Clausius, James Maxwell og Ludqwig Boltzmann den kinetiske teorien om gasser, som forholder trykket som utøves av en gass med hastigheten til gasspartiklene i bevegelse.

Jo mindre volumet av beholderen som inneholder en gass, desto større er frekvensen av virkningene av partiklene som danner den mot veggene i beholderen; og desto større er trykket som gassen utøver.

Hva handler denne loven om?

Eksperimentene utført av Boyle indikerer at det er et omvendt forhold mellom volumet okkupert av en gass og trykket som utøves på den. Imidlertid er det indikerte forholdet ikke helt lineært, som indikert av en graf over volumvariasjon som en funksjon av trykket tilskrevet Boyle.

Boyle's Law indikerer at volumet okkupert av en gass er omvendt proporsjonalt med trykket. Det er også indikert at produktet av trykket til en gass og volumet er konstant.

Matematisk uttrykk

For å komme frem til det matematiske uttrykket til Boyle-Mariotte-loven, tar vi utgangspunkt i:

V ∝ 1 / P

Hvor indikerer at volumet okkupert av en gass er omvendt proporsjonalt med trykket. Imidlertid er det en konstant som dikterer hvor omvendt proporsjonalt dette forholdet er.

V = k / P

Hvor k er proporsjonalitetens konstant. Løsning for k har vi:

VP = k

Produktet av trykket til en gass og volumet er konstant. Så:

V ₁ P ₁ = k og V ₂ P ₂ = k

Og av dette kan det utledes at:

V ₁ P ₁ = V ₂ P ₂

Det siste er det endelige uttrykket eller likningen for Boyles lov.

Hva er den til? Hvilke problemer løser Boyle loven?

Dampmotorer

Damptog. Kilde: Pixabay.

Boyle-Mariotte-loven anvendes i drift av dampmaskiner. Det er en ekstern forbrenningsmotor som bruker transformasjonen av den termiske energien til en mengde vann til mekanisk energi.

Vannet varmes opp i en hermetisk forseglet kjele, og den produserte dampen utøver et trykk i henhold til Boyle-Mariote-loven som gir en volumutvidelse av en sylinder ved å skyve et stempel.

Stempelets lineære bevegelse transformeres til en rotasjonsbevegelse ved bruk av et system med koblingsstenger og veiv, som kan drive hjulene til et lokomotiv eller rotoren til en elektrisk generator.

Foreløpig er den alternative dampmotoren en lite brukt motor, siden den har blitt fortrengt av den elektriske motoren og forbrenningsmotoren i transportkjøretøyer.

Nippe til drinker

Handlingen med å suge en brus eller juice fra en flaske gjennom et plastrør er relatert til Boyle-Mariotte-loven. Når luft suges ut av røret ved hjelp av munnen, er det en reduksjon i trykket i røret.

Dette trykkfallet letter væskens oppadgående bevegelse i røret, slik at det kan svelges. Det samme prinsippet fungerer i å trekke blod gjennom bruk av en sprøyte.

Luftveiene

Luftveiene. Kilde: Pixabay

Boyle-Mariotte-loven er nært knyttet til funksjonen av luftveiene. I løpet av inspirasjonsfasen trekker membranen og andre muskler seg sammen; for eksempel de eksterne interkostalene som produserer en utvidelse av ribbeholderen.

Dette fører til en reduksjon i intrapleural trykk, og forårsaker en lungeutvidelse som gir en økning i lungevolumet. Derfor synker det intraapulmonale presset i henhold til Boyle-Mariotte-loven.

Når intrapulmonalt trykk blir subatmospheric, strømmer atmosfærisk luft inn i lungene, noe som forårsaker en økning i trykket i lungene; dermed likestiller trykket sitt med atmosfærisk trykk, og avslutter inspirasjonsfasen.

Deretter slapper inspirasjonsmusklene av og ekspirasjonsmusklene trekker seg sammen. I tillegg er det elastisk lungetrekking, et fenomen som gir en reduksjon i lungevolumet, med en påfølgende økning i intrapulmonalt trykk, forklart av Boyle-Mariotte-loven.

Når intrapulmonalt trykk øker og blir større enn atmosfæretrykket, strømmer det luft fra innsiden av lungene til atmosfæren. Dette skjer inntil trykkene utjevnes, noe som avslutter utåndingsfasen.

Eksempler (eksperimenter)

Eksperiment 1

En liten, hermetisk lukket ballong plasseres, og lager en knute i munnen, inne i en sprøyte, hvorfra stemplet er trukket tilbake, på omtrent 20 ml. Stempelet på sprøyten blir plassert mot midten av sprøyten, nålen trekkes ut og luftinntaket er blokkert.

observasjon

Ved å trekke langsomt i stempelet på injektoren, observeres ballongen å blåse opp.

Forklaring

To trykk utøves på veggen av ballongen: et trykk på dets indre ansikt, et produkt av luften inne i ballongen, og et annet trykk på den ytre flate av ballongen, utøves av luften som er inne i sprøyten.

Ved å trekke i sprøytestempelet, opprettes et halvt vakuum inni. Derfor synker lufttrykket på den ytre siden av pumpeveggen, noe som gjør at trykket som utøves inne i pumpen blir relativt høyere.

Dette nettotrykket, i henhold til Boyle-Mariote-loven, vil gi en distensjon av veggen i ballongen og en økning i volumet av ballongen.

Eksperiment 2

En plastflaske kuttes omtrent i to, for å sikre at kuttet er så horisontalt som mulig. En tettsittende ballong plasseres i munnen på flasken, samtidig plasseres en viss mengde vann i en dyp plate.

observasjon

Ved å plassere bunnen av flasken med ballongen over vannet i fatet, blåses ballongen moderat opp.

Forklaring

Vannet fortrenger en viss mengde luft, og øker lufttrykket på flasken og innsiden av ballongen. Dette forårsaker, i følge Boyle-Mariotte-loven, en økning i volumet av ballongen, som blir visualisert av inflasjonen av ballongen.

referanser

1. Wikipedia. (2019). Boyle lov. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
2. Redaktørene av Encyclopaedia Britannica. (27. juli 2018). Boyle lov. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
3. Helmenstine, Todd. (05. desember 2018). Formelen for Boyle's Law. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
4. Unge indiske filmer. (15. mai 2018). Boyle's Law: Science Experiment For Kids. Gjenopprettet fra: yifindia.com
5. Cecilia Bembibre. (22. mai 2011). Varmluftsballong. Definisjon ABC. Gjenopprettet fra: definicionabc.com
6. Ganong, W, F. (2003). Medisinsk fysiologi. (19. utgave). Redaksjonell den moderne håndboken.