Boyles Gesetz
Boyles Gesetzesdemonstrationen
Das Gesetz selbst kann wie folgt angegeben werden:
Für eine feste Masse eines idealen Gases, das auf einer festen Temperatur gehalten wird, sind Druck und Volumen umgekehrt proportional.
Oder das Boylesche Gesetz ist ein Gas Gesetz, das besagt, dass der Druck und das Volumen eines Gases eine umgekehrte Beziehung haben. Wenn das Volumen zunimmt, nimmt der Druck ab und umgekehrt, wenn die Temperatur konstant gehalten wird.
Wenn daher das Volumen halbiert wird, wird der Der Druck wird verdoppelt, und wenn das Volumen verdoppelt wird, halbiert sich der Druck.
Beziehung zur kinetischen Theorie und zu idealen GasenEdit
Das Boylesche Gesetz besagt, dass bei konstanter Temperatur das Volumen von a Die gegebene Masse eines trockenen Gases ist umgekehrt proportional zu seinem Druck.
Die meisten Gase verhalten sich bei moderaten Drücken und Temperaturen wie ideale Gase. Die Technologie des 17. Jahrhunderts konnte keine sehr hohen Drücke oder sehr niedrigen Temperaturen erzeugen. Daher war es unwahrscheinlich, dass das Gesetz zum Zeitpunkt der Veröffentlichung Abweichungen aufwies. Da technologische Verbesserungen höhere Drücke und niedrigere Temperaturen ermöglichten, wurden Abweichungen vom idealen Gasverhalten spürbar, und die Beziehung zwischen Druck und Volumen kann nur mit Hilfe der Realgastheorie genau beschrieben werden. Die Abweichung wird als Kompressibilitätsfaktor ausgedrückt.
Boyle (und Mariotte) haben das Gesetz ausschließlich experimentell abgeleitet. Das Gesetz kann auch theoretisch abgeleitet werden, basierend auf der vermuteten Existenz von Atomen und Molekülen und Annahmen über Bewegung und perfekt elastische Kollisionen (siehe kinetische Theorie der Gase). Diese Annahmen stießen zu dieser Zeit jedoch in der positivistischen Wissenschaftsgemeinschaft auf enormen Widerstand, da sie als rein theoretische Konstrukte angesehen wurden, für die es nicht den geringsten Beobachtungsnachweis gab.
Daniel Bernoulli (1737–1738) ) leitete das Boylesche Gesetz durch Anwendung der Newtonschen Bewegungsgesetze auf molekularer Ebene ab. Es blieb ignoriert, bis John Waterston um 1845 ein Papier veröffentlichte, in dem die wichtigsten Grundsätze der kinetischen Theorie dargelegt wurden. Dies wurde von der Royal Society of England abgelehnt. Spätere Arbeiten von James Prescott Joule, Rudolf Clausius und insbesondere Ludwig Boltzmann haben die kinetische Theorie der Gase fest etabliert und sowohl auf die Theorien von Bernoulli als auch auf Waterston aufmerksam gemacht.
Die Debatte zwischen Befürwortern der Energetik und des Atomismus führte Boltzmann 1898 ein Buch zu schreiben, das bis zu seinem Selbstmord 1906 kritisiert wurde. Albert Einstein 1905 zeigte, wie die kinetische Theorie auf die Brownsche Bewegung eines flüssigkeitssuspendierten Teilchens zutrifft, die 1908 von Jean Perrin bestätigt wurde.
EquationEdit
Beziehungen zwischen Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro s, kombinierte und ideale Gasgesetze mit der Boltzmann-Konstante kB = R / NA = n R / N (in jedem Gesetz sind die eingekreisten Eigenschaften variabel und die nicht eingekreisten Eigenschaften werden konstant gehalten)
Die mathematische Gleichung für das Boylesche Gesetz lautet:
PV = k {\ displaystyle PV = k}
wobei P den Druck des Systems bezeichnet, V das Volumen von Das Gas k ist ein konstanter Wert, der für die Temperatur und das Volumen des Systems repräsentativ ist.
Solange die Temperatur konstant bleibt, bleibt die gleiche Energiemenge, die dem System gegeben wird, während seines gesamten Betriebs bestehen und daher theoretisch die Der Wert von k bleibt konstant. Aufgrund der Ableitung des Drucks als senkrecht aufgebrachte Kraft und der wahrscheinlichen Wahrscheinlichkeit von Kollisionen mit anderen Partikeln durch die Kollisionstheorie ist die Krafteinwirkung auf eine Oberfläche für solche Werte von V möglicherweise nicht unendlich konstant, sondern hat bei der Differenzierung eine Grenze solche Werte über einen bestimmten Zeitraum. Wenn das Volumen V der festgelegten Gasmenge erhöht werden soll und das Gas auf der anfänglich gemessenen Temperatur gehalten wird, muss der Druck P proportional abnehmen. Umgekehrt erhöht eine Verringerung des Gasvolumens den Druck. Das Boylesche Gesetz wird verwendet, um das Ergebnis der Einführung einer Änderung nur des Volumens und des Drucks in den Anfangszustand einer festen Gasmenge vorherzusagen.
Die Anfangs- und Endvolumina und Drücke der festen Menge von Gas, bei dem die Anfangs- und Endtemperaturen gleich sind (Heizen oder Kühlen ist erforderlich, um diese Bedingung zu erfüllen), werden durch die folgende Gleichung in Beziehung gesetzt:
P 1 V 1 = P 2 V 2. {\ displaystyle P_ { 1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}. \,}
Hier repräsentieren P1 und V1 den ursprünglichen Druck bzw. das ursprüngliche Volumen, und P2 und V2 repräsentieren den zweiten Druck und das zweite Volumen.
Boyles Gesetz, Charles Gesetz und Gay-Lussacs Gesetz bilden das kombinierte Gasgesetz. Die drei Gasgesetze in Kombination mit dem Avogadro-Gesetz können durch das ideale Gasgesetz verallgemeinert werden.