Prawo Boylea
demonstracje prawa Boylea
Samo prawo można sformułować w następujący sposób:
W przypadku stałej masy gazu doskonałego utrzymywanego w ustalonej temperaturze ciśnienie i objętość są odwrotnie proporcjonalne.
Albo prawo Boylea to gaz prawa, stwierdzając, że ciśnienie i objętość gazu mają odwrotną zależność. Jeśli objętość wzrasta, ciśnienie spada i odwrotnie, gdy temperatura jest utrzymywana na stałym poziomie.
Dlatego, gdy objętość zmniejsza się o połowę, ciśnienie jest podwojone, a jeśli objętość jest podwojona, ciśnienie zmniejsza się o połowę.
Relacja z teorią kinetyczną i idealnymi gazamiEdit
Prawo Boylea mówi, że przy stałej temperaturze objętość dana masa suchego gazu jest odwrotnie proporcjonalna do jego ciśnienia.
Większość gazów zachowuje się jak idealne gazy przy umiarkowanych ciśnieniach i temperaturach. Technologia XVII wieku nie mogła wytwarzać bardzo wysokich ciśnień lub bardzo niskich temperatur. W związku z tym w momencie publikacji prawo nie mogło zawierać odstępstw. Ponieważ udoskonalenia technologii umożliwiły uzyskanie wyższych ciśnień i niższych temperatur, odchylenia od idealnego zachowania gazu stały się zauważalne, a zależność między ciśnieniem a objętością można dokładnie opisać jedynie za pomocą rzeczywistej teorii gazu. Odchylenie jest wyrażane jako współczynnik ściśliwości.
Boyle (i Mariotte) wyprowadzili to prawo wyłącznie na podstawie eksperymentu. Prawo to można również wyprowadzić teoretycznie w oparciu o przypuszczalne istnienie atomów i cząsteczek oraz założeń dotyczących ruchu i zderzeń doskonale sprężystych (patrz kinetyczna teoria gazów). Założenia te spotkały się z ogromnym oporem w ówczesnym pozytywistycznym środowisku naukowym, ponieważ były postrzegane jako konstrukty czysto teoretyczne, na które nie było najmniejszych dowodów obserwacyjnych.
Daniel Bernoulli (w latach 1737–1738 ) wyprowadził prawo Boylea, stosując prawa ruchu Newtona na poziomie molekularnym. Został on zignorowany do około 1845 roku, kiedy John Waterston opublikował artykuł przedstawiający główne zasady teorii kinetyki; zostało to odrzucone przez Królewskie Towarzystwo Anglii. Późniejsze prace Jamesa Prescotta Joulea, Rudolfa Clausiusa, a zwłaszcza Ludwiga Boltzmanna, mocno ugruntowały kinetyczną teorię gazów i zwróciły uwagę na obie teorie Bernoulliego i Waterstona.
Debata między zwolennikami energetyki i atomizmu doprowadziła Boltzmanna napisać książkę w 1898 roku, która przetrwała krytykę aż do jego samobójstwa w 1906 roku. Albert Einstein w 1905 roku pokazał, jak teoria kinetyczna odnosi się do ruchu Browna cząstek zawieszonych w płynie, co potwierdził w 1908 roku Jean Perrin.
EquationEdit
Relacje między Boyle „s, Charles” s, Gay-Lussac „s, Avogadro” s, połączone i idealne prawa gazu, ze stałą Boltzmanna kB = R / NA = n R / N (w każdym prawie właściwości zakreślone są zmienne, a właściwości nie zakreślone są stałe)
Równanie matematyczne dla prawa Boylea jest następujące:
PV = k {\ displaystyle PV = k}
gdzie P oznacza ciśnienie w układzie, V oznacza objętość gaz, k jest stałą wartością reprezentującą temperaturę i objętość systemu.
Dopóki temperatura pozostaje stała, ta sama ilość energii dostarczonej do systemu utrzymuje się przez cały czas jego działania, a zatem teoretycznie wartość k pozostanie stała. Jednak ze względu na wyprowadzenie ciśnienia jako prostopadłej siły przyłożonej i probabilistycznego prawdopodobieństwa zderzeń z innymi cząstkami za pomocą teorii zderzeń, przyłożenie siły do powierzchni może nie być nieskończenie stałe dla takich wartości V, ale będzie miało granicę przy różnicowaniu takie wartości w danym czasie. Wymuszając wzrost objętości V ustalonej ilości gazu, utrzymując gaz w początkowo zmierzonej temperaturze, ciśnienie P musi proporcjonalnie spadać. I odwrotnie, zmniejszenie objętości gazu zwiększa ciśnienie. Prawo Boylea służy do przewidywania wyniku wprowadzenia zmiany, tylko w objętości i ciśnieniu, do stanu początkowego określonej ilości gazu.
Początkowe i końcowe objętości oraz ciśnienia ustalonej ilości gazu, gdzie temperatura początkowa i końcowa są takie same (ogrzewanie lub chłodzenie będzie wymagane do spełnienia tego warunku), są powiązane równaniem:
P 1 V 1 = P 2 V 2. {\ Displaystyle P_ { 1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}. \,}
Tutaj P1 i V1 reprezentują odpowiednio pierwotne ciśnienie i objętość, a P2 i V2 reprezentują drugie ciśnienie i objętość.
Prawo Boylea, prawo Charlesa i prawo Gay-Lussaca tworzą połączone prawo gazowe. Trzy prawa dotyczące gazów w połączeniu z prawem Avogadro można uogólnić za pomocą prawa gazu doskonałego.