БОИЛЕ-МАРИОТТЕ ЗАКОН: ИСТОРИЈА, ИЗРАЗ, ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

Закон Боиле-Мариотте је онај који изражава однос између притиска на гас или на гас и запремине коју заузима; одржавајући константну температуру гаса и његову количину (број молова).

Овај закон, заједно са законима Цхарлеса, Гаи-Луссаца, Цхарлеса и Авогадро-а, описује понашање идеалног гаса; конкретно, у затвореном контејнеру који је подвргнут променама волумена од утицаја механичке силе.

Повећајте притисак смањењем запремине посуде. Извор: Габриел Боливар

Слика горе укратко резимира Боиле-Мариотте закон.

Љубичасте тачкице представљају молекуле гаса или атоме, који се сударају са унутрашњим зидовима посуде (лево). Како се смањује простор или запремина у контејнеру заузетом овим гасом, судари се повећавају, што се претвара у пораст притиска (десно).

То показује да су притисак П и запремина В у плину обрнуто пропорционални ако је спремник херметички затворен; у супротном, већи притисак би био једнак већем ширењу посуде.

Ако се направи граф В према П, са подацима В и П на оси И и Кс, посматрала би се асимптотска крива. Што је мање В, веће је и повећање П; то јест, крива ће се ширити према високим вредностима П на Кс оси.

Наравно, температура остаје константна; али, ако би се исти експеримент извео на различитим температурама, релативни положаји ових В-П кривуља би се променили на картезијанској оси. Промјена би била још очитија ако се нацрта на тродимензионалној оси, са константом Т на оси З.

Историја Боилеовог закона

Позадина

Пошто је научник Галилео Галилеи изразио уверење у постојање вакуума (1638), научници су почели да проучавају својства ваздуха и делимичних празнина.

Англо-ирски хемичар Роберт Боиле започео је своју студију о својствима ваздуха 1638. године сазнајући да је Отто вон Гуерицке, немачки инжењер и физичар, изградио ваздушну пумпу.

Експеримент са живом

Да би спровео студије о ваздушном притиску, Боиле је користио стаклену цев у облику слова Ј, чија је конструкција приписана Роберту Хоокеу, Боиле-овом помоћнику. Крај кратке руке био је запечаћен, док је крај дуге руке цеви био отворен да би ставио живу.

Од почетка је Боиле желео да проучи еластичност ваздуха, квалитативно и квантитативно. Изливајући живу кроз отворени крај цеви "Ј", Боиле је закључио да се ваздух у краткој руци цеви стеже под притиском живе.

Резултати

Што је већа количина живе додата у цев, већи је притисак на ваздух и мањи је његов волумен. Боиле је добио негативан експоненцијални тип граничног волумена ваздуха као функцију притиска.

У међувремену, ако се запремина ваздуха прикаже против обрнутог притиска, имамо равну линију са позитивним нагибом.

Године 1662. Боиле је објавио први физички закон који је дат у облику једначине, који је указивао на функционалну зависност две променљиве. У овом случају, притисак и запремина.

Бојл је истакао да постоји обрнута веза између притиска на гас и количине коју гас заузима, при чему је овај однос релативно тачан за стварне гасове. Већина гасова се понашају попут идеалних гасова при умереним температурама и притисцима.

Како су се појавили виши притисци и ниже температуре, одступања у понашању стварних гасова од идеала постала су све видљивија.

Едме мариотте

Француски физичар Едме Мариотте (1620-1684) је самостално открио исти закон 1679. Али, он је имао заслугу да покаже да запремина варира у зависности од температуре. Због тога се назива Мариоттеов закон или Боилеов и Мариоттеов закон.

Јачање закона

Даниел Берноулли (1737) ојачао је Боилеов закон истичући да притисак гаса настаје ударима гасних честица на зидове спремника који га садрже.

Године 1845. Јохн Ватерстон објавио је научни чланак у којем се усредсредио на главне принципе кинетичке теорије гасова.

Касније су Рудолф Цлаусиус, Јамес Маквелл и Лудквиг Болтзманн учврстили кинетичку теорију гасова, која повезује притисак који гас врши са брзином гасних честица у покрету.

Што је мања запремина контејнера који садржи гас, већа је фреквенција удара честица које га формирају о стијенке спремника; и самим тим, већи је притисак који гас врши.

О чему се ради у овом закону?

Експерименти које је спровео Боиле показују да постоји обрнута веза између запремине гаса и притиска на њега. Међутим, назначени однос није потпуно линеаран, што показује графикон варијације запремине као функција притиска који се приписује Боилеу.

Боилеов закон каже да је запремина коју гас заузима обрнуто пропорционална притиску. Такође је назначено да је продукт притиска гаса и његове запремине константан.

Математички израз

Да бисмо дошли до математичког израза Боиле-Мариотте закона, полазимо од:

В ∝ 1 / П

Где означава да је запремина гаса обрнуто пропорционална његовом притиску. Међутим, постоји константа која диктира колико је тај однос обрнуто пропорционалан.

В = к / П

Где је к константа пропорционалности. Решавање за к имамо:

ВП = к

Производ притиска гаса и његове запремине је константан. Тако:

В ₁ П ₁ = к и В ₂ П ₂ = к

И из овога се може закључити да:

В ₁ П ₁ = В ₂ П ₂

Ово последње је крајњи израз или једначина за Боилеов закон.

За шта је то? Које проблеме решава Боилеов закон?

Парне машине

Парни воз. Извор: Пикабаи.

Закон Боиле-Мариотте примјењује се у раду парних мотора. То је мотор са спољњим сагоревањем који користи трансформацију топлотне енергије количине воде у механичку.

Вода се загрева у херметички затвореном котлу, а произведена пара врши притисак по Боиле-Мариоте закону који ствара волумену експанзију цилиндра притиском на клип.

Линеарно кретање клипа трансформише се у ротационо кретање, коришћењем система клипних полуга и полуга, који могу покретати точкове локомотиве или ротора електричног генератора.

Тренутно је алтернативни парни мотор мало кориштен мотор, јер су га у моторним возилима преместили електромотор и мотор са унутрашњим сагоревањем.

Гутљај пића

Радња усисавања безалкохолног пића или сока из боце кроз пластичну епрувету повезана је са Боиле-Мариотте законом. Када се ваздух усиса из цеви кроз уста, долази до пада притиска у цеви.

Овај пад притиска олакшава кретање течности у епрувети нагоре, омогућавајући његово гутање. Тај исти принцип делује и у вађењу крви употребом шприцева.

Респираторни систем

Респираторни систем. Извор: Пикабаи

Закон Боиле-Мариотте уско је повезан са функционисањем респираторног система. Током фазе инспирације, дијафрагма и други мишићи се стежу; на пример, спољни интеркосталци који производе експанзију ребра.

То узрокује смањење интраплеуралног притиска, узрокујући ширење плућа које ствара повећање волумена плућа. Због тога се интрапулмонални притисак смањује према Боиле-Мариотте закону.

Како интрапулмонални притисак постаје субатмосферски, атмосферски ваздух струји у плућа, што изазива пораст притиска у плућима; на тај начин изједначава свој притисак са атмосферским притиском и закључује фазу инспирације.

Након тога се инспирациони мишићи опуштају и експиративни мишићи се стежу. Поред тога, постоји еластично повлачење плућа, појава која ствара смањење запремине плућа, што посљедично расте интрапулмоналним притиском, што је објашњено Боиле-Мариотте законом.

Како се интрапулмонални притисак повећава и постаје већи од атмосферског притиска, ваздух струји из плућа у атмосферу. То се догађа док се притисци не изједначе, чиме се закључује фаза издисаја.

Примери (експерименти)

Експеримент 1

Постављен је мали, херметички затворен балон, који чини чвор у устима, унутар шприце из које је клип повучен, величине око 20 мл. Клип бризгалице је постављен према средини шприцева, игла се повлачи и отвор за ваздух је блокиран.

Посматрање

Лаганим повлачењем клипа млазнице примећује се да се балон надувава.

Објашњење

На зид балона се врше два притиска: притисак на његово унутрашње лице, производ ваздуха који се налази унутар балона и други притисак на спољну страну балона, вршен ваздухом који се налази у штрцаљки.

Повлачењем клипа ињектора, унутра се ствара полу вакуум. Због тога се притисак ваздуха на спољној страни зида пумпе смањује, што чини притисак који се врши унутар пумпе релативно већи.

Овај нето притисак, према Боиле-Мариоте закону, произвеће диспензију стијенке балона и повећање запремине балона.

Експеримент 2

Пластична боца сече приближно на пола, осигуравајући да је рез што хоризонталнији. Чврсто прилегавајући балон налази се у устима боце, а истовремено се одређена количина воде стави у дубоку плочу.

Посматрање

Стављајући дно боце са балоном преко воде у посуду, балон се умерено надувава.

Објашњење

Вода избацује одређену количину ваздуха, повећавајући притисак ваздуха на зиду боце и унутрашњости балона. Ово узрокује, према Боиле-Мариотте закону, повећање волумена балона, што се визуализује надувавањем балона.

Референце

1. Википедиа. (2019). Боилеов закон. Опоравак од: ен.википедиа.орг
2. Уредници Енцицлопаедиа Британница. (27. јула 2018.). Боилеов закон. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
3. Хелменстине, Тодд. (05. децембра 2018.). Формула за Боилеов закон. Опоравак од: тхинкцо.цом
4. Млади индијски филмови. (15. маја 2018.). Боилеов закон: научни експеримент за децу. Опоравак од: иифиндиа.цом
5. Цецилиа Бембибре. (22. мај 2011). Балон са топлим ваздухом. Дефиниција АБЦ. Опоравак од: дефиниционабц.цом
6. Ганонг, В, Ф. (2003). Медицинска физиологија. (19. издање). Уредништво модерног приручника.