BATAS NI BOYLE-MARIOTTE: KASAYSAYAN, PAGPAPAHAYAG, HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang batas ng Boyle-Mariotte ay isa na nagpapahayag ng ugnayan sa pagitan ng presyon na ipinatupad ng o sa isang gas, at ang lakas ng tunog na nasasakop nito; pinapanatili ang parehong temperatura ng pare-pareho ng gas, pati na rin ang dami nito (bilang ng mga moles).

Ang batas na ito, kasama ni Charles, Gay-Lussac, Charles at Avogadro, ay naglalarawan ng pag-uugali ng isang perpektong gas; partikular, sa isang saradong lalagyan na sumailalim sa mga pagbabago sa dami na naipasok ng isang makina na puwersa.

Dagdagan ang presyon sa pamamagitan ng pagbabawas ng dami ng lalagyan. Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ang imahe sa itaas ay maikling nagbubuod sa batas ng Boyle-Mariotte.

Ang mga lilang tuldok ay kumakatawan sa mga molekula o mga atomo ng gas, na bumangga sa mga panloob na dingding ng lalagyan (kaliwa). Tulad ng magagamit na puwang o lakas ng tunog sa lalagyan na inookupahan ng gas na ito, bumababa ang mga pagbangga, na isinasalin sa isang pagtaas ng presyon (kanan).

Ipinapakita nito na ang presyon ng P at dami V ng gas ay inversely proportional kung ang lalagyan ay hermetically sarado; kung hindi, ang isang mas mataas na presyon ay katumbas ng isang mas malawak na pagpapalawak ng lalagyan.

Kung ang isang graph V laban sa P ay ginawa, kasama ang data ng V at P sa mga Y at X axes, ayon sa pagkakabanggit, isang asymptotic curve ay susundin. Ang mas maliit na V, mas malaki ang pagtaas sa P; iyon ay, ang curve ay magpapalawak patungo sa mataas na halaga ng P sa X axis.

Siyempre, ang temperatura ay nananatiling pare-pareho; ngunit, kung ang parehong eksperimento ay isinasagawa sa iba't ibang mga temperatura, ang mga kamag-anak na posisyon ng mga V vs P curves ay magbabago sa axis ng Cartesian. Ang pagbabago ay magiging mas malinaw kung naka-plot sa isang three-dimensional axis, na may T pare-pareho sa Z axis.

Kasaysayan ng Batas ni Boyle

Background

Dahil ang siyentipiko na si Galileo Galilei ay nagpahayag ng kanyang paniniwala sa pagkakaroon ng isang vacuum (1638), sinimulan ng mga siyentipiko na pag-aralan ang mga katangian ng hangin at bahagyang voids.

Ang chemist ng Anglo-Irish na si Robert Boyle ay nagsimula sa kanyang pag-aaral sa mga pag-aari ng hangin noong 1638 nang malaman na si Otto von Guericke, isang engineer ng Aleman at pisiko, ay nagtayo ng isang pump ng hangin.

Eksperimento sa Mercury

Upang maisagawa ang kanyang pag-aaral sa air pressure, gumamit si Boyle ng isang "J" -shaped glass tube, ang konstruksyon na iniugnay kay Robert Hooke, isang katulong kay Boyle. Ang dulo ng maikling braso ay selyadong, habang ang dulo ng mahabang braso ng tubo ay bukas upang ilagay ang mercury.

Mula sa simula, nais ni Boyle na pag-aralan ang pagkalastiko ng hangin, husay at dami. Sa pamamagitan ng pagbuhos ng mercury sa pamamagitan ng bukas na dulo ng "J" na tubo, ibinahagi ni Boyle na ang hangin sa maikling braso ng tubo ay nagkontrata sa ilalim ng presyon ng mercury.

Mga Resulta

Ang mas mataas na halaga ng mercury ay idinagdag sa tubo, mas malaki ang presyon na ipinakita sa hangin at mas maliit ang dami nito. Nakuha ni Boyle ang isang negatibong exponential type na plot ng lakas ng tunog bilang isang function ng presyon.

Samantala, kung ang lakas ng tunog ay naka-plot laban sa kabaligtaran ng presyur, mayroon kaming isang tuwid na linya na may positibong slope.

Noong 1662, inilathala ni Boyle ang unang pisikal na batas na ibinigay sa anyo ng isang equation, na ipinapahiwatig ang pagpapaandar ng dalawang variable. Sa kasong ito, ang presyon at lakas ng tunog.

Itinuro ni Boyle na mayroong isang kabaligtaran na ugnayan sa pagitan ng presyon na ipinataw sa isang gas at ang lakas na sinakop ng gas, ang kaugnayang ito ay medyo totoo para sa mga tunay na gas. Karamihan sa mga gas ay kumikilos tulad ng mga perpektong gas sa katamtamang temperatura at panggigipit.

Habang naganap ang mas mataas na presyur at mas mababang temperatura, ang mga paglihis sa pag-uugali ng mga totoong gas mula sa mga mithiin ay naging kapansin-pansin.

Edme mariotte

Ang pisika ng Pranses na si Edme Mariotte (1620-1684) ay nakapag-iisa na natuklasan ang parehong batas noong 1679. Ngunit mayroon itong merito na nagpapakita na ang dami ay nag-iiba sa temperatura. Kaya't tinawag itong Batas ni Mariotte o Batas ni Boyle at Mariotte.

Pagpapalakas ng batas

Pinalakas ni Daniel Bernoulli (1737) ang Batas ni Boyle sa pamamagitan ng pagturo na ang presyon ng isang gas ay ginawa ng mga epekto ng mga partikulo ng gas sa mga dingding ng lalagyan na naglalaman nito.

Noong 1845, naglathala si John Waterston ng isang pang-agham na artikulo, kung saan nakatuon siya sa pangunahing mga prinsipyo ng kinetic teorya ng mga gas.

Nang maglaon, pinagtibay nina Rudolf Clausius, James Maxwell at Ludqwig Boltzmann ang kinetikong teorya ng mga gas, na nauugnay ang presyon na isinagawa ng isang gas na may bilis ng mga particle ng gas sa paggalaw.

Ang mas maliit na dami ng lalagyan na naglalaman ng isang gas, mas malaki ang dalas ng mga epekto ng mga particle na bumubuo laban sa mga dingding ng lalagyan; at samakatuwid, mas malaki ang presyon na ipinataw ng gas.

Ano ang tungkol sa batas na ito?

Ang mga eksperimento na isinasagawa ni Boyle ay nagpapahiwatig na mayroong isang kabaligtaran na ugnayan sa pagitan ng lakas ng tunog na sinakop ng isang gas at ang presyon na isinagawa dito. Gayunpaman, ang ipinapahiwatig na relasyon ay hindi ganap na guhit, tulad ng ipinahiwatig ng isang graph ng dami ng pagkakaiba-iba bilang isang function ng presyon na maiugnay kay Boyle.

Ang Batas ng Boyle ay nagpapahiwatig na ang lakas ng tunog na sinakop ng isang gas ay hindi sukat sa presyon. Ipinapahiwatig din na ang produkto ng presyon ng isang gas at ang dami nito ay pare-pareho.

Pagpapahayag ng matematika

Upang makarating sa pagpapahayag ng matematika ng batas na Boyle-Mariotte, nagsisimula tayo mula sa:

V ∝ 1 / P

Kung saan ipinapahiwatig na ang lakas ng tunog na sinakop ng isang gas ay pabalik-balik na proporsyonal sa presyon nito. Gayunpaman, mayroong isang pare-pareho na nagdidikta kung gaano sukat na proporsyonal ang kaugnayan na ito.

V = k / P

Kung saan k ang pare-pareho ng proporsyonalidad. Paglutas para sa k mayroon kami:

VP = k

Ang produkto ng presyon ng isang gas at ang dami nito ay palaging. Kaya:

V ₁ P ₁ = k at V ₂ P ₂ = k

At mula rito maaari itong maibawas na:

V ₁ P ₁ = V ₂ P ₂

Ang huli ay ang pangwakas na expression o equation para sa batas ni Boyle.

Para saan ito? Anong mga problema ang nalutas ng batas ni Boyle?

Mga engine ng singaw

Trap ng tren. Pinagmulan: Pixabay.

Ang Boyle-Mariotte Law ay inilalapat sa pagpapatakbo ng mga steam engine. Ito ay isang panlabas na engine ng pagkasunog na gumagamit ng pagbabagong-anyo ng thermal energy ng isang dami ng tubig sa mekanikal na enerhiya.

Ang tubig ay pinainit sa isang hermetically selyadong boiler, at ang singaw ay gumawa ng isang presyon ayon sa batas na Boyle-Mariote na gumagawa ng isang dami ng pagpapalawak ng isang silindro sa pamamagitan ng pagtulak ng isang piston.

Ang linear na paggalaw ng piston ay binago sa isang pag-ikot ng kilusan, sa pamamagitan ng paggamit ng isang sistema ng pagkonekta ng mga rod at cranks, na maaaring magmaneho ng mga gulong ng isang lokomotibo o rotor ng isang electric generator.

Sa kasalukuyan, ang alternatibong engine ng singaw ay isang maliit na ginamit na makina, dahil ito ay inilipat ng electric motor at panloob na pagkasunog ng engine sa mga sasakyan ng transportasyon.

Sip inumin

Ang pagkilos ng pagsuso ng isang malambot na inumin o juice mula sa isang bote sa pamamagitan ng isang plastic tube ay nauugnay sa batas ng Boyle-Mariotte. Kapag sinipsip ang hangin sa labas ng tubo gamit ang bibig, mayroong pagbaba ng presyon sa loob ng tubo.

Ang pagbaba ng presyur na ito ay nagpapadali sa paitaas na paggalaw ng likido sa tubo, na pinapayagan ang ingestion nito. Ang parehong prinsipyo na ito ay gumagana sa pagguhit ng dugo sa pamamagitan ng paggamit ng isang hiringgilya.

Sistema ng paghinga

Sistema ng paghinga. Pinagmulan: Pixabay

Ang batas ng Boyle-Mariotte ay malapit na nauugnay sa paggana ng sistema ng paghinga. Sa panahon ng yugto ng inspirasyon, ang diaphragm at iba pang mga kalamnan ay nagkontrata; halimbawa, ang panlabas na intercostals na gumagawa ng isang pagpapalawak ng rib cage.

Nagdulot ito ng pagbaba sa presyon ng intrapleural, na nagiging sanhi ng pagpapalawak ng baga na gumagawa ng pagtaas ng dami ng baga. Samakatuwid, ang presyon ng intrapulmonary ay nabawasan ayon sa batas ng Boyle-Mariotte.

Habang ang presyur ng intrapulmonary ay nagiging subatmospheric, ang air atmospheric ay dumadaloy sa mga baga, na nagdudulot ng pagtaas ng presyon sa mga baga; sa gayon ay pinagsama ang presyon nito sa presyon ng atmospera, at pagtatapos ng yugto ng inspirasyon.

Kasunod nito, ang mga kalamnan ng pampasigla ay nakakarelaks at ang kontrata ng paglabas ng kalamnan. Bilang karagdagan, mayroong nababanat na pag-urong ng baga, isang kababalaghan na nagdudulot ng pagbaba sa dami ng baga, na may kahihinatnan na pagtaas ng presyon ng intrapulmonary, na ipinaliwanag ng batas ng Boyle-Mariotte.

Tulad ng pagtaas ng presyon ng intrapulmonary at nagiging mas malaki kaysa sa presyur ng atmospera, ang daloy ng hangin mula sa loob ng baga patungo sa kapaligiran. Nangyayari ito hanggang sa pagkakapantay ng mga panggigipit, na nagtatapos sa yugto ng pagbuga.

Mga halimbawa (eksperimento)

Eksperimento 1

Ang isang maliit, hermetically closed balloon ay inilalagay, na gumagawa ng isang buhol sa bibig nito, sa loob ng isang hiringgilya, mula sa kung saan ang plunger ay naatras, ng humigit-kumulang na 20 ML. Ang plunger ng syringe ay inilalagay patungo sa gitna ng hiringgilya, ang karayom ​​ay binawi at ang airlet ay pumipigil.

Pagmamasid

Sa pamamagitan ng dahan-dahang paghila ng plunger ng injector, ang lobo ay sinusunod upang mabigo.

Pagpapaliwanag

Ang dalawang panggigipit ay ipinagpaputok sa dingding ng lobo: isang presyon sa panloob na mukha, isang produkto ng hangin na nakapaloob sa loob ng lobo, at isa pang presyon sa panlabas na mukha ng lobo, na ipinataw ng hangin na nakapaloob sa syringe.

Sa pamamagitan ng paghila ng plunger ng injector, isang kalahating vacuum ang nilikha sa loob. Samakatuwid, ang presyon ng hangin sa panlabas na mukha ng pader ng bomba ay bumababa, na ginagawang mas mataas ang presyon sa loob ng bomba.

Ang net pressure na ito, ayon sa batas ng Boyle-Mariote, ay gagawa ng isang pag-iwas sa dingding ng lobo at pagtaas sa dami ng lobo.

Eksperimento 2

Ang isang plastik na bote ay pinutol ng humigit-kumulang sa kalahati, na tinitiyak na ang hiwa ay bilang pahalang hangga't maaari. Ang isang mahigpit na angkop na lobo ay inilalagay sa bibig ng bote, sa parehong oras ng isang tiyak na halaga ng tubig ay inilalagay sa isang malalim na plato.

Pagmamasid

Sa pamamagitan ng paglalagay sa ilalim ng bote na may lobo sa tubig sa ulam, ang lobo ay nagbabago ng katamtaman.

Pagpapaliwanag

Ang tubig ay lumilipas ng isang tiyak na halaga ng hangin, pagtaas ng presyon ng hangin sa dingding ng bote at sa loob ng lobo. Nagdulot ito, ayon sa batas ng Boyle-Mariotte, isang pagtaas sa dami ng lobo, na nakikita ng inflation ng lobo.

Mga Sanggunian

1. Wikipedia. (2019). Batas ni Boyle. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
2. Ang Mga editor ng Encyclopaedia Britannica. (Hulyo 27, 2018). Batas ni Boyle. Encyclopædia Britannica. Nabawi mula sa: britannica.com
3. Helmenstine, Todd. (Disyembre 05, 2018). Ang Formula para sa Batas ni Boyle. Nabawi mula sa: thoughtco.com
4. Young Indian Films. (Mayo 15, 2018). Batas ni Boyle: Eksperimento sa Agham Para sa Mga Bata. Nabawi mula sa: yifindia.com
5. Cecilia Bembibre. (Mayo 22, 2011). Mainit na lobo ng hangin. Kahulugan ng ABC. Nabawi mula sa: definicionabc.com
6. Ganong, W, F. (2003). Medikal na Pisyolohiya. (Ika-19 na Edisyon). Editoryal ang Makabagong Manwal.