Legge di Boyle
Dimostrazioni della legge di Boyle
La legge stessa può essere definita come segue:
Per una massa fissa di un gas ideale mantenuta a una temperatura fissa, la pressione e il volume sono inversamente proporzionali.
Oppure la legge di Boyle è un gas legge, che afferma che la pressione e il volume di un gas hanno una relazione inversa. Se il volume aumenta, la pressione diminuisce e viceversa, quando la temperatura viene mantenuta costante.
Pertanto, quando il volume viene dimezzato, il la pressione è raddoppiata; e se il volume è raddoppiato, la pressione è dimezzata.
Relazione con la teoria cinetica e i gas idealiEdit
La legge di Boyle afferma che a temperatura costante il volume di un data massa di un gas secco è inversamente proporzionale alla sua pressione.
La maggior parte dei gas si comporta come gas ideali a pressioni e temperature moderate. La tecnologia del XVII secolo non poteva produrre pressioni molto elevate o temperature molto basse. Pertanto, è probabile che la legge non presentasse deviazioni al momento della pubblicazione. Poiché i miglioramenti nella tecnologia hanno consentito pressioni più elevate e temperature più basse, le deviazioni dal comportamento del gas ideale sono diventate evidenti e la relazione tra pressione e volume può essere descritta accuratamente solo utilizzando la teoria dei gas reali. La deviazione è espressa come fattore di compressibilità.
Boyle (e Mariotte) derivarono la legge esclusivamente per esperimento. La legge può anche essere derivata teoricamente sulla base della presunta esistenza di atomi e molecole e di ipotesi sul moto e sulle collisioni perfettamente elastiche (vedi teoria cinetica dei gas). Queste ipotesi incontrarono unenorme resistenza nella comunità scientifica positivista dellepoca, tuttavia, poiché erano viste come costrutti puramente teorici per i quali non cera la minima evidenza osservativa.
Daniel Bernoulli (nel 1737-1738 ) derivò la legge di Boyle applicando le leggi del moto di Newton a livello molecolare. Rimase ignorato fino al 1845 circa, quando John Waterston pubblicò una carta che costruiva i principali precetti della teoria cinetica; questo è stato respinto dalla Royal Society of England. I lavori successivi di James Prescott Joule, Rudolf Clausius e in particolare Ludwig Boltzmann stabilirono fermamente la teoria cinetica dei gas e portarono lattenzione su entrambe le teorie di Bernoulli e Waterston.
Il dibattito tra i sostenitori dellenergetica e dellatomismo ha portato Boltzmann scrivere un libro nel 1898, che subì critiche fino al suo suicidio nel 1906. Albert Einstein nel 1905 mostrò come la teoria cinetica si applichi al moto browniano di una particella sospesa in un fluido, che fu confermata nel 1908 da Jean Perrin.
EquationEdit
Relazioni tra Boyle “s, Charles” s, Gay-Lussac “s, Avogadro” s, leggi combinate e dei gas ideali, con la costante di Boltzmann kB = R / NA = n R / N (in ogni legge, le proprietà cerchiate sono variabili e le proprietà non cerchiate sono mantenute costanti)
Lequazione matematica per la legge di Boyle è:
PV = k {\ displaystyle PV = k}
dove P indica la pressione del sistema, V indica il volume di il gas, k è un valore costante rappresentativo della temperatura e del volume del sistema.
Finché la temperatura rimane costante la stessa quantità di energia fornita al sistema persiste per tutto il suo funzionamento e quindi, teoricamente, la il valore di k rimarrà costante. Tuttavia, a causa della derivazione della pressione come forza applicata perpendicolare e della probabilità probabilistica di collisioni con altre particelle attraverso la teoria delle collisioni, lapplicazione della forza su una superficie potrebbe non essere infinitamente costante per tali valori di V, ma avrà un limite durante la differenziazione tali valori in un dato periodo di tempo. Forzando laumento del volume V della quantità fissa di gas, mantenendo il gas alla temperatura inizialmente misurata, la pressione P deve diminuire proporzionalmente. Al contrario, riducendo il volume del gas aumenta la pressione. La legge di Boyle viene utilizzata per prevedere il risultato dellintroduzione di un cambiamento, solo in volume e pressione, nello stato iniziale di una quantità fissa di gas.
I volumi e le pressioni iniziale e finale della quantità fissa del gas, dove la temperatura iniziale e quella finale sono le stesse (per soddisfare questa condizione sarà necessario il riscaldamento o il raffreddamento), sono correlati dallequazione:
P 1 V 1 = P 2 V 2. {\ displaystyle P_ { 1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}. \,}
Qui P1 e V1 rappresentano rispettivamente la pressione e il volume originali e P2 e V2 rappresentano la seconda pressione e volume.
La legge di Boyle, la legge di Charles e la legge di Gay-Lussac formano la legge combinata dei gas. Le tre leggi dei gas in combinazione con la legge di Avogadro possono essere generalizzate dalla legge dei gas ideali.