Legea lui Boyle
Demonstrațiile legale ale lui Boyle
Legea în sine poate fi enunțată după cum urmează:
Pentru o masă fixă a unui gaz ideal menținut la o temperatură fixă, presiunea și volumul sunt invers proporționale.
Or legea lui Boyle este un gaz legea, afirmând că presiunea și volumul unui gaz au o relație inversă. Dacă volumul crește, atunci presiunea scade și invers, când temperatura este menținută constantă.
Prin urmare, atunci când volumul este înjumătățit, presiunea este dublată și, dacă volumul este dublat, presiunea se reduce la jumătate.
Relația cu teoria cinetică și gazele idealeEdit
Legea lui Boyle afirmă că la temperatura constantă volumul unui masa dată a unui gaz uscat este invers proporțională cu presiunea acestuia.
Majoritatea gazelor se comportă ca gazele ideale la presiuni și temperaturi moderate. Tehnologia secolului al XVII-lea nu putea produce presiuni foarte mari sau temperaturi foarte scăzute. Prin urmare, legea nu era probabil să aibă abateri în momentul publicării. Deoarece îmbunătățirile tehnologice au permis presiuni mai mari și temperaturi mai scăzute, deviațiile de la comportamentul ideal al gazului au devenit vizibile, iar relația dintre presiune și volum poate fi descrisă cu exactitate folosind teoria gazului real. Abaterea este exprimată ca factor de compresibilitate.
Boyle (și Mariotte) au derivat legea numai prin experiment. Legea poate fi, de asemenea, derivată teoretic pe baza presupusei existențe a atomilor și moleculelor și a ipotezelor despre mișcare și coliziuni perfect elastice (a se vedea teoria cinetică a gazelor). Aceste ipoteze s-au confruntat cu o rezistență enormă în comunitatea științifică pozitivistă de la acea vreme, totuși, fiind văzute ca niște constructe pur teoretice pentru care nu existau nici cea mai mică dovadă observațională.
Daniel Bernoulli (în 1737-1738 ) a derivat legea lui Boyle prin aplicarea legilor de mișcare ale lui Newton la nivel molecular. A rămas ignorat până în jurul anului 1845, când John Waterston a publicat o lucrare construind principalele precepte ale teoriei cinetice; acest lucru a fost respins de Royal Society of England. Lucrările ulterioare ale lui James Prescott Joule, Rudolf Clausius și în special Ludwig Boltzmann au stabilit cu fermitate teoria cinetică a gazelor și au atras atenția atât asupra teoriilor lui Bernoulli, cât și ale lui Waterston. să scrie o carte în 1898, care a suportat critici până la sinuciderea sa în 1906. Albert Einstein în 1905 a arătat modul în care teoria cinetică se aplică mișcării browniene a unei particule suspendate de fluid, care a fost confirmată în 1908 de Jean Perrin.
EquationEdit
Relațiile dintre Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro legile gazelor combinate și ideale, cu constanta Boltzmann kB = R / NA = n R / N (în fiecare lege, proprietățile încercuite sunt variabile și proprietățile care nu sunt încercuite sunt menținute constante)
Ecuația matematică pentru legea lui Boyle este:
PV = k {\ displaystyle PV = k}
unde P denotă presiunea sistemului, V denotă volumul de gazul, k este o valoare constantă reprezentativă pentru temperatura și volumul sistemului.
Atâta timp cât temperatura rămâne constantă, aceeași cantitate de energie dată sistemului persistă pe tot parcursul funcționării sale și, prin urmare, teoretic, valoarea lui k va rămâne constantă. Cu toate acestea, datorită derivării presiunii ca forță aplicată perpendiculară și probabilității probabilistice a coliziunilor cu alte particule prin teoria coliziunilor, aplicarea forței pe o suprafață nu poate fi infinit constantă pentru astfel de valori ale lui V, dar va avea o limită atunci când se diferențiază astfel de valori într-un timp dat. Forțând volumul V al cantității fixe de gaz să crească, menținând gazul la temperatura măsurată inițial, presiunea P trebuie să scadă proporțional. În schimb, reducerea volumului gazului crește presiunea. Legea lui Boyle este utilizată pentru a prezice rezultatul introducerii unei modificări, numai în volum și presiune, la starea inițială a unei cantități fixe de gaz.
Volumele și presiunile inițiale și finale ale cantității fixe de gaz, unde temperaturile inițiale și finale sunt aceleași (încălzirea sau răcirea va fi necesară pentru a îndeplini această condiție), sunt legate de ecuația:
P 1 V 1 = P 2 V 2. {\ displaystyle P_ { 1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}. \,}
Aici P1 și V1 reprezintă presiunea și respectiv volumul inițial, iar P2 și V2 reprezintă a doua presiune și volum.
Legea lui Boyle, legea lui Charles și legea lui Gay-Lussac formează legea combinată a gazelor. Cele trei legi ale gazelor în combinație cu legea lui Avogadro pot fi generalizate prin legea ideală a gazelor.