Ley de Boyle
Demostraciones de la ley de Boyle
La ley en sí puede enunciarse de la siguiente manera:
Para una masa fija de un gas ideal mantenido a una temperatura fija, la presión y el volumen son inversamente proporcionales.
O la ley de Boyle es un gas ley, que establece que la presión y el volumen de un gas tienen una relación inversa. Si el volumen aumenta, la presión disminuye y viceversa, cuando la temperatura se mantiene constante.
Por lo tanto, cuando el volumen se reduce a la mitad, el la presión se duplica; y si el volumen se duplica, la presión se reduce a la mitad.
Relación con la teoría cinética y los gases idealesEditar
La ley de Boyle establece que a temperatura constante el volumen de un La masa dada de un gas seco es inversamente proporcional a su presión.
La mayoría de los gases se comportan como gases ideales a presiones y temperaturas moderadas. La tecnología del siglo XVII no podía producir presiones muy altas ni temperaturas muy bajas. Por lo tanto, no era probable que la ley tuviera desviaciones en el momento de la publicación. A medida que las mejoras en la tecnología permitieron presiones más altas y temperaturas más bajas, las desviaciones del comportamiento del gas ideal se hicieron notables, y la relación entre la presión y el volumen solo puede describirse con precisión empleando la teoría del gas real. La desviación se expresa como el factor de compresibilidad.
Boyle (y Mariotte) derivaron la ley únicamente mediante experimentos. La ley también se puede derivar teóricamente sobre la base de la presunta existencia de átomos y moléculas y suposiciones sobre el movimiento y las colisiones perfectamente elásticas (ver teoría cinética de los gases). Sin embargo, estas suposiciones se encontraron con una enorme resistencia en la comunidad científica positivista de la época, ya que se las consideraba construcciones puramente teóricas para las que no había la menor evidencia observacional.
Daniel Bernoulli (en 1737-1738 ) derivó la ley de Boyle aplicando las leyes del movimiento de Newton a nivel molecular. Permaneció ignorado hasta alrededor de 1845, cuando John Waterston publicó un artículo construyendo los principales preceptos de la teoría cinética; esto fue rechazado por la Royal Society of England. Trabajos posteriores de James Prescott Joule, Rudolf Clausius y, en particular, Ludwig Boltzmann establecieron firmemente la teoría cinética de los gases y llamaron la atención sobre las teorías de Bernoulli y Waterston.
El debate entre los defensores de la energía y el atomismo llevó a Boltzmann para escribir un libro en 1898, que soportó críticas hasta su suicidio en 1906. Albert Einstein en 1905 mostró cómo la teoría cinética se aplica al movimiento browniano de una partícula en suspensión fluida, que fue confirmada en 1908 por Jean Perrin.
EquationEdit
Relaciones entre Boyle «s, Charles» s, Gay-Lussac «s, Avogadro» s, leyes de los gases ideales y combinados, con la constante de Boltzmann kB = R / NA = n R / N (en cada ley, las propiedades encerradas en un círculo son variables y las propiedades que no están encerradas en un círculo se mantienen constantes)
La ecuación matemática para la ley de Boyle es:
PV = k {\ displaystyle PV = k}
donde P denota la presión del sistema, V denota el volumen de el gas, k es un valor constante representativo de la temperatura y el volumen del sistema.
Mientras la temperatura permanezca constante, la misma cantidad de energía dada al sistema persiste durante todo su funcionamiento y, por lo tanto, teóricamente, la el valor de k permanecerá constante. Sin embargo, debido a la derivación de la presión como fuerza aplicada perpendicular y la probabilidad probabilística de colisiones con otras partículas a través de la teoría de colisión, la aplicación de fuerza a una superficie puede no ser infinitamente constante para tales valores de V, pero tendrá un límite al diferenciar tales valores durante un tiempo determinado. Obligando a aumentar el volumen V de la cantidad fija de gas, manteniendo el gas a la temperatura medida inicialmente, la presión P debe disminuir proporcionalmente. Por el contrario, reducir el volumen del gas aumenta la presión. La ley de Boyle se utiliza para predecir el resultado de introducir un cambio, solo en volumen y presión, en el estado inicial de una cantidad fija de gas.
Los volúmenes y presiones inicial y final de la cantidad fija de gas, donde las temperaturas inicial y final son iguales (se requerirá calentamiento o enfriamiento para cumplir con esta condición), están relacionadas por la ecuación:
P 1 V 1 = P 2 V 2. {\ displaystyle P_ { 1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}. \,}
Aquí P1 y V1 representan la presión y el volumen originales, respectivamente, y P2 y V2 representan la segunda presión y volumen.
La ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac forman la ley combinada de los gases. Las tres leyes de los gases en combinación con la ley de Avogadro pueden generalizarse mediante la ley de los gases ideales.