Boyle törvénye
Boyle törvénybemutatói
Maga a törvény a következőképpen állítható:
A rögzített hőmérsékleten tartott ideális gáz rögzített tömegéhez a nyomás és a térfogat fordítottan arányos.
Vagy Boyle törvénye gáz törvény, amely kimondja, hogy a gáz nyomásának és térfogatának fordított összefüggése van. Ha a térfogat növekszik, akkor a nyomás csökken, és fordítva, ha a hőmérsékletet állandó értéken tartják.
Ezért, ha a térfogat felére csökken, a a nyomás megduplázódik, és ha a térfogat megduplázódik, a nyomás a felére csökken.
Kapcsolat a kinetikai elmélettel és az ideális gázokkalEdit
Boyle törvénye szerint állandó hőmérsékleten a a száraz gáz adott tömege fordítottan arányos a nyomásával.
A legtöbb gáz mérsékelt nyomáson és hőmérsékleten ideális gázként viselkedik. A 17. századi technológia nem tudott nagyon magas nyomást vagy nagyon alacsony hőmérsékletet produkálni. Ezért a törvénynek a közzétételkor valószínűleg nem volt eltérése. Mivel a technológia fejlesztése nagyobb nyomást és alacsonyabb hőmérsékletet engedélyezett, észrevehetővé váltak az ideális gáz viselkedéstől való eltérések, és a nyomás és a térfogat közötti összefüggést csak a valós gázelmélet segítségével lehet pontosan leírni. Az eltérést összenyomhatósági tényezőként fejezik ki.
Boyle (és Mariotte) kizárólag kísérleti úton vezette le a törvényt. A törvény elméletileg levezethető az atomok és molekulák feltételezett létezése, valamint a mozgással és a tökéletesen rugalmas ütközésekkel kapcsolatos feltételezések alapján is (lásd a gázok kinetikai elméletét). Ezeknek a feltételezéseknek az akkori pozitivista tudományos közösség óriási ellenállásba ütközött, mivel tisztán elméleti konstrukcióknak tekintették őket, amelyekre a legcsekélyebb megfigyelési bizonyíték sem volt.
Daniel Bernoulli (1737–1738) ) származtatta Boyle törvényét Newton mozgástörvényeinek molekuláris szintű alkalmazásával. 1845 körülig figyelmen kívül hagyták, amikor John Waterston publikált egy cikket, amely a kinetikai elmélet főbb előírásait tartalmazza; ezt az angol királyi társaság elutasította. James Prescott Joule, Rudolf Clausius és különösen Ludwig Boltzmann későbbi művei szilárdan megalapozták a gázok kinetikai elméletét, és felhívták a figyelmet Bernoulli és Waterston elméleteire egyaránt. 1898-ban könyvet írni, amely 1906-os öngyilkosságáig bírta a kritikát. Albert Einstein 1905-ben megmutatta, hogy a kinetikai elmélet miként vonatkozik a folyadékban szuszpendált részecske Brown-mozgására, amelyet 1908-ban Jean Perrin is megerősített.
EquationEdit
Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro kapcsolatai s, kombinált és ideális gáztörvények, a Boltzmann-féle kB = R / NA = n R / N állandóval (az egyes törvényekben a körbe kerített tulajdonságok változékonyak, a köröztetetlen tulajdonságok pedig állandóak)
Boyle törvényének matematikai egyenlete:
PV = k {\ displaystyle PV = k}
ahol P a rendszer nyomását, V pedig a a gáz, k a rendszer hőmérsékletét és térfogatát reprezentáló állandó érték.
Amíg a hőmérséklet állandó marad, a rendszernek adott energiamennyiség fennáll a működése során, ezért elméletileg a k értéke állandó marad. Ugyanakkor a nyomás merőleges alkalmazott erőként történő levezetése és a más részecskékkel való ütközés valószínűségének az ütközéselmélet révén való valószínűsége miatt az erő alkalmazása egy felületre nem lehet végtelenül állandó az ilyen V értékeknél, de korlátozódik a differenciáláskor ilyen értékek egy adott idő alatt. A rögzített gázmennyiség V térfogatának növelésére kényszerítve a gázt az eredetileg mért hőmérsékleten tartva a P nyomásnak arányosan csökkennie kell. Ezzel szemben a gáz térfogatának csökkentése növeli a nyomást. Boyle törvényével megjósolják annak eredményét, hogy csak egy térfogatban és nyomásban változnak-e a rögzített gázmennyiség kezdeti állapota.
A rögzített mennyiség kezdeti és végső térfogata és nyomása. gáz, ahol a kezdeti és a végső hőmérséklet megegyezik (ennek a feltételnek a teljesítéséhez fűtésre vagy hűtésre lesz szükség), az alábbi egyenlet kapcsolja össze:
P 1 V 1 = P 2 V 2. {\ displaystyle P_ { 1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}. \,}
Itt P1 és V1 az eredeti nyomást és térfogatot, P2 és V2 pedig a második nyomást és térfogatot képviseli.
Boyle törvényei, Charles törvényei és Gay-Lussac törvényei alkotják a kombinált gáztörvényt. A három gáztörvény az Avogadro törvényével együtt az ideális gáztörvény által általánosítható.