Boyle “s law
De wet demonstraties van Boyle
De wet zelf kan als volgt worden vermeld:
Voor een vaste massa van een ideaal gas dat op een vaste temperatuur wordt gehouden, zijn druk en volume omgekeerd evenredig.
Of de wet van Boyle is een gas wet, waarin staat dat de druk en het volume van een gas een omgekeerde relatie hebben. Als het volume toeneemt, neemt de druk af en vice versa, wanneer de temperatuur constant wordt gehouden.
Daarom, wanneer het volume wordt gehalveerd, de druk wordt verdubbeld; en als het volume wordt verdubbeld, wordt de druk gehalveerd.
Relatie met kinetische theorie en ideale gassen Bewerken
De wet van Boyle stelt dat bij constante temperatuur het volume van een de gegeven massa van een droog gas is omgekeerd evenredig met zijn druk.
De meeste gassen gedragen zich als ideale gassen bij gematigde drukken en temperaturen. De technologie van de 17e eeuw kon geen zeer hoge drukken of zeer lage temperaturen produceren. Daarom was het niet waarschijnlijk dat de wet afwijkingen vertoonde op het moment van publicatie. Omdat verbeteringen in de technologie hogere drukken en lagere temperaturen mogelijk maakten, werden afwijkingen van het ideale gasgedrag merkbaar, en de relatie tussen druk en volume kan alleen nauwkeurig worden beschreven met behulp van echte gastheorie. De afwijking wordt uitgedrukt als de samendrukbaarheidsfactor.
Boyle (en Mariotte) hebben de wet uitsluitend door experiment afgeleid. De wet kan ook theoretisch worden afgeleid op basis van het veronderstelde bestaan van atomen en moleculen en veronderstellingen over beweging en perfect elastische botsingen (zie kinetische theorie van gassen). Deze aannames stuitten op enorme weerstand in de positivistische wetenschappelijke gemeenschap in die tijd, omdat ze werden gezien als puur theoretische constructies waarvoor niet het minste observationeel bewijs was.
Daniel Bernoulli (in 1737-1738 ) afgeleid de wet van Boyle door de bewegingswetten van Newton op moleculair niveau toe te passen. Het bleef genegeerd tot rond 1845, toen John Waterston een paper publiceerde waarin de belangrijkste voorschriften van de kinetische theorie werden uiteengezet; dit werd afgewezen door de Royal Society of England. Latere werken van James Prescott Joule, Rudolf Clausius en in het bijzonder Ludwig Boltzmann vestigden de kinetische theorie van gassen stevig en vestigden de aandacht op beide theorieën van Bernoulli en Waterston.
Het debat tussen voorstanders van energetica en atomisme leidde Boltzmann om in 1898 een boek te schrijven, dat kritiek kreeg tot aan zijn zelfmoord in 1906. Albert Einstein in 1905 toonde aan hoe kinetische theorie van toepassing is op de Brownse beweging van een in vloeistof gesuspendeerd deeltje, wat in 1908 werd bevestigd door Jean Perrin.
EquationEdit
Relaties tussen Boyle “s, Charles” s, Gay-Lussac “s, Avogadro” s, gecombineerde en ideale gaswetten, met de Boltzmann-constante kB = R / NA = n R / N (in elke wet zijn omcirkelde eigenschappen variabel en worden eigenschappen die niet omcirkeld zijn constant gehouden)
De wiskundige vergelijking voor de wet van Boyle is:
PV = k {\ displaystyle PV = k}
waar P staat voor de druk van het systeem, V staat voor het volume van het gas, k is een constante waarde die representatief is voor de temperatuur en het volume van het systeem.
Zolang de temperatuur constant blijft, blijft dezelfde hoeveelheid energie die aan het systeem wordt gegeven tijdens zijn werking bestaan en daarom, theoretisch, de waarde van k blijft constant. Als gevolg van de afleiding van druk als loodrecht uitgeoefende kracht en de waarschijnlijkheid van botsingen met andere deeltjes door botsingstheorie, is de toepassing van kracht op een oppervlak mogelijk niet oneindig constant voor dergelijke waarden van V, maar heeft deze een limiet bij het differentiëren dergelijke waarden over een bepaalde tijd. Door het volume V van de vaste hoeveelheid gas te vergroten en het gas op de aanvankelijk gemeten temperatuur te houden, moet de druk P proportioneel afnemen. Omgekeerd verhoogt het verminderen van het volume van het gas de druk. De wet van Boyle wordt gebruikt om het resultaat te voorspellen van het introduceren van een verandering, alleen in volume en druk, in de begintoestand van een vaste hoeveelheid gas.
De begin- en eindvolumes en drukken van de vaste hoeveelheid gas, waarbij de begin- en eindtemperatuur hetzelfde zijn (verwarming of koeling is vereist om aan deze voorwaarde te voldoen), worden gerelateerd aan de hand van de volgende vergelijking:
P 1 V 1 = P 2 V 2. {\ displaystyle P_ { 1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}. \,}
Hier vertegenwoordigen P1 en V1 respectievelijk de oorspronkelijke druk en het oorspronkelijke volume, en P2 en V2 de tweede druk en het volume.
De wet van Boyle, de wet van Charles en de wet van Gay-Lussac vormen de gecombineerde gaswet. De drie gaswetten in combinatie met de wet van Avogadro kunnen veralgemeend worden door de ideale gaswet.