قانون تاريخ بويل ماريوت ، التعبير الرياضي ، أمثلة

قانون بويل هو الذي يعبر عن العلاقة بين الضغط الذي تمارسه أو على الغاز ، والحجم الذي تشغله ؛ الحفاظ على درجة حرارة الغاز ثابتة وكذلك كميته (عدد الشامات).

يصف هذا القانون ، إلى جانب قانون تشارلز وغاي لوساك وتشارلز وأفوغادرو ، سلوك الغاز المثالي ؛ على وجه التحديد ، في حاوية مغلقة تخضع لتغيرات الحجم التي تمارسها قوة ميكانيكية.

الصورة أعلاه تلخص لفترة وجيزة قانون بويل ماريوت.

تمثل النقاط الأرجواني الجزيئات أو ذرات الغاز ، والتي تصطدم بالجدران الداخلية للحاوية (يسار). عن طريق تقليل المساحة المتاحة أو حجم الحاوية التي يشغلها هذا الغاز ، تزداد الاصطدامات ، مما يترجم إلى زيادة في الضغط (يمين).

هذا يدل على أن الضغط P والحجم V من الغاز يتناسب عكسيا إذا كانت الحاوية محكمة الغلق. خلاف ذلك ، فإن ارتفاع الضغط يكون مساويا لتوسيع أكبر للحاوية.

إذا تم عمل قطعة V ضد P ، مع بيانات V و P على محاور Y و X ، على التوالي ، ستلاحظ منحنى مقارب. أصغر هو V ، زيادة الزيادة في P؛ بمعنى ، يمتد المنحنى إلى القيم العالية لـ P على المحور X.

بالطبع ، تظل درجة الحرارة ثابتة. ولكن إذا تم إجراء التجربة نفسها في درجات حرارة مختلفة ، فإن المواضع النسبية لهذه المنحنيات V مقابل P ستتغير في المحور الديكارتي. سيكون التغيير أكثر وضوحًا إذا تم رسمه على محور ثلاثي الأبعاد ، مع ثابت T على المحور Z.

مؤشر

• 1 تاريخ قانون بويل
  • 1.1 الخلفية
  • 1.2 تجربة مع الزئبق
  • 1.3 إدم ماريوت
  • 1.4 تعزيز القانون
• 2 ماذا يتكون هذا القانون؟?
• 3 التعبير الرياضي
• 4 ما هذا؟ ما هي المشاكل التي يحلها قانون بويل؟?
  • 4.1 آلات البخار
  • 4.2 رشفة المشروبات
  • 4.3 الجهاز التنفسي
• 5 أمثلة (تجارب)
  • 5.1 التجربة 1
  • 5.2 التجربة 2
• 6 المراجع

تاريخ قانون بويل

خلفية

منذ أن عبر العالم غاليليو غاليلي عن إيمانه بوجود الفراغ (1638) ، بدأ العلماء في دراسة خصائص الهواء والفراغات الجزئية.

بدأ الكيميائي الأنجلو أيرلندي ، روبرت بويل ، دراسته لخصائص الهواء في عام 1638 بعد أن علم أن أوتو فون جيريك ، وهو مهندس وفيزيائي ألماني ، قد بنى مضخة هواء.

تجربة مع الزئبق

لإجراء دراساته حول ضغط الهواء ، استخدم بويل أنبوبًا زجاجيًا على شكل "J" ، والذي عُزي بنائه إلى Robert Hooke ، مساعد بويل. تم إغلاق نهاية الذراع القصير ، في حين كانت نهاية الذراع الطويلة للأنبوب مفتوحة لوضع الزئبق.

منذ البداية ، أراد بويل دراسة مرونة الهواء ، نوعيًا وكميًا. عن طريق صب الزئبق من خلال الطرف المفتوح للأنبوب على شكل "J" ، استنتج بويل أن الهواء في الذراع القصير للأنبوب يتقلص تحت ضغط الزئبق.

النتائج

كلما زادت كمية الزئبق التي تمت إضافتها إلى الأنبوب ، زاد الضغط الذي تمارسه على الهواء وانخفاض حجمه. حصل بويل على الرسم البياني السلبي لنوع الهواء كدالة للضغط.

بينما ، إذا قمت برسم حجم الهواء على عكس الضغط ، فلديك خط مستقيم منحدر إيجابي.

في عام 1662 ، نشر بويل أول قانون فيزيائي تم تقديمه في شكل معادلة ، مما يشير إلى الاعتماد الوظيفي على اثنين من المتغيرات. في هذه الحالة ، الضغط والحجم.

أشار بويل إلى أن هناك علاقة عكسية بين الضغط الذي يمارس على الغاز والحجم الذي يشغله هذا الغاز ، وهذه النسبة صحيحة نسبيًا بالنسبة للغازات الحقيقية. معظم الغازات تتصرف مثل الغازات المثالية في ضغوط ودرجات حرارة معتدلة.

مع ارتفاع الضغوط وانخفاض درجات الحرارة ، أصبحت الانحرافات عن سلوك الغازات الحقيقية للمثل أكثر وضوحًا.

إدم ماريوت

اكتشف الفيزيائي الفرنسي إدم ماريوت (1620-1684) بشكل مستقل نفس القانون في عام 1679. ولكن كان له ميزة إظهار أن الحجم يتغير مع درجة الحرارة. لهذا السبب يطلق عليه قانون ماريوت أو قانون بويل وماريوت.

تعزيز القانون

عزز دانييل بيرنولي (1737) قانون بويل بالإشارة إلى أن ضغط الغاز ينتج عن تأثيرات جزيئات الغاز على جدران الحاوية التي تحتوي عليها..

في عام 1845 ، نشر جون ووترستون مقالة علمية ، ركز فيها على المبادئ الرئيسية للنظرية الحركية للغازات.

في وقت لاحق ، قام رودولف كلوسيوس ، وجيمس ماكسويل ولودكويج بولتزمان بتوحيد النظرية الحركية للغازات ، والتي تتصل بالضغط الذي يمارسه الغاز بسرعة جزيئات الغاز المتحرك.

أصغر حجم الحاوية التي تحتوي على غاز ، وكلما زاد تواتر آثار الجزيئات التي تشكله على جدران الحاوية ؛ وبالتالي ، كلما زاد الضغط الذي يمارسه الغاز.

ماذا يتكون هذا القانون من؟?

تشير التجارب التي أجراها بويل إلى وجود علاقة عكسية بين الحجم الذي يشغله الغاز والضغط الذي يمارسه. ومع ذلك ، فإن العلاقة المذكورة أعلاه ليست خطية بالكامل ، كما هو مبين من قبل الرسم البياني لتباين الحجم وفقا للضغط المنسوب إلى بويل.

يشار في قانون بويل إلى أن الحجم الذي يشغله الغاز يتناسب عكسيا مع الضغط. يشار أيضًا إلى أن ناتج ضغط الغاز بحجمه ثابت.

التعبير الرياضي

للوصول إلى التعبير الرياضي لقانون بويل ماريوت ، نبدأ من:

V α 1 / P

حيث يشير إلى أن الحجم الذي يشغله الغاز يتناسب عكسيا مع ضغطه. ومع ذلك ، فهناك ثابت يملي مدى التناسب العكسي لهذه العلاقة.

الخامس = ك / ف

حيث k هو ثابت التناسب. المقاصة k لديك:

VP = ك

إن ناتج ضغط الغاز بحجمه ثابت. ثم:

V₁P₁ = ك و الخامس₂P₂ = ك

ومن هذا يمكن أن نستنتج أن:

V₁P₁ = الخامس₂P₂

الأخير هو التعبير النهائي أو المعادلة لقانون بويل.

ما هذا؟ ما هي المشاكل التي يحلها قانون بويل؟?

آلات البخار

ينطبق قانون بويل ماريوت على تشغيل المحركات البخارية. إنه محرك احتراق خارجي يستخدم تحويل الطاقة الحرارية من كمية من الماء إلى طاقة ميكانيكية.

يتم تسخين الماء في غلاية محكمة الغلق ، ويمارس البخار الناتج ضغطًا وفقًا لقانون بويل ماريوت الذي ينتج تمددًا كبيرًا للأسطوانة عن طريق دفع مكبس.

تتحول الحركة الخطية للمكبس إلى حركة دورانية ، من خلال استخدام نظام من السواعد والكرات ، والتي يمكن أن تدفع عجلات قاطرة أو دوار مولد كهربائي.

في الوقت الحالي ، يعد المحرك البخاري البديل محركًا قليل الاستخدام ، حيث تم إزاحته بواسطة المحرك الكهربائي ومحرك الاحتراق الداخلي في مركبات النقل.

احتساء المشروبات

يرتبط عمل امتصاص مشروب غازي أو عصير من زجاجة عبر أنبوب بلاستيكي بقانون Boyle-Mariotte. عندما يتم امتصاص الهواء من الأنبوب باستخدام الفم ، يكون هناك انخفاض في الضغط داخل الأنبوب.

يسهل انخفاض الضغط هذا الحركة الصعودية للسائل في الأنبوب ، مما يسمح بابتلاعه. هذا المبدأ نفسه يعمل في استخراج الدم باستخدام حقنة.

الجهاز التنفسي

يرتبط قانون بويل ماريوت ارتباطًا وثيقًا بعمل الجهاز التنفسي. أثناء مرحلة الإلهام ، يحدث تقلص في الحجاب الحاجز والعضلات الأخرى ؛ على سبيل المثال ، الورود الخارجية التي تنتج توسعًا في القفص الصدري.

هذا يؤدي إلى انخفاض في الضغط داخل الجمجمة ، والذي يسبب تمدد الرئة الذي ينتج عنه زيادة في حجم الرئة. لذلك ، ينخفض ​​الضغط داخل الرئة وفقًا لما ورد في قانون بويل ماريوت.

عندما يكون الضغط داخل الرئة تحت الغلاف الجوي ، يتدفق الهواء الجوي إلى الرئتين ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط في الرئتين ؛ على قدم المساواة ، وضغطها على الضغط الجوي ، واختتام مرحلة الإلهام.

بعد ذلك ، استرخاء العضلات الملهمة وانقباض عضلات الزفير. بالإضافة إلى ذلك ، يحدث التراجع المرن الرئوي ، وهي ظاهرة تؤدي إلى انخفاض في حجم الرئة ، مع ما يترتب على ذلك من زيادة في الضغط داخل الرئة ، والتي يمكن تفسيرها بموجب قانون بويل ماريوت..

عن طريق زيادة الضغط داخل الرئة ، وتصبح أكبر من الضغط الجوي ، يتدفق الهواء من داخل الرئتين إلى الغلاف الجوي. يحدث هذا حتى يتم تسوية الضغوط ، والتي تنتهي مرحلة انتهاء الصلاحية.

أمثلة (تجارب)

التجربة 1

يتم وضع منطاد صغير مغلق بإحكام ، مما يجعل عقدة في فمه ، داخل حقنة ، والتي تمت إزالة المكبس ، حوالي 20 مل. يتم وضع المكبس من المحقنة في اتجاه الجزء الأوسط من المحقنة ، وتتم إزالة الإبرة وإعاقة مدخل الهواء.

ملاحظة

عن طريق سحب المكبس ببطء للحاقن ، يلاحظ أن البالون منتفخ.

تفسير

يتم ممارسة ضغطين على جدار البالون: الضغط على وجهه الداخلي ، ومنتج الهواء الموجود داخل البالون ، وضغط آخر على الوجه الخارجي للبالون ، يمارسه الهواء الموجود في المحقنة.

عند سحب المكبس للحاقن ، يتم إنشاء نصف فراغ داخلها. لذلك ، يتناقص ضغط الهواء على الوجه الخارجي لجدار المضخة ، مما يجعل الضغط الذي يتم داخل المضخة أكبر نسبيًا..

سيؤدي هذا الضغط الصافي ، وفقًا لقانون بويل ماريوت ، إلى انتفاخ جدار البالون وزيادة في حجم البالون.

التجربة 2

قم بتقطيع زجاجة بلاستيكية ، إلى النصف تقريبًا ، وتأكد من أن القطع يكون أفقيًا قدر الإمكان. في فم الزجاجة ، يوضع بالون مضبوط جيدًا ، وفي نفس الوقت توضع كمية معينة من الماء في طبق عميق.

ملاحظة

عن طريق وضع الجزء السفلي من الزجاجة مع البالون على ماء الطبق ، يتم نفخ البالون بشكل معتدل.

تفسير

يزيح الماء كمية معينة من الهواء ، مما يزيد من ضغط الهواء على جدار الزجاجة وداخل البالون. هذا يسبب ، وفقا لقانون بويل ماريوت ، زيادة في حجم الكرة الأرضية ، والتي يتضح من التضخم في العالم.

مراجع

1. ويكيبيديا. (2019). قانون بويل. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
2. محرري الموسوعة البريطانية. (27 يوليو 2018). قانون بويل. موسوعة بريتانيكا. تم الاسترجاع من: britannica.com
3. Helmenstine ، تود. (5 ديسمبر 2018). الصيغة لقانون بويل. تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. الأفلام الهندية الشابة. (15 مايو 2018). قانون بويل: تجربة علمية للأطفال. تم الاسترجاع من: yifindia.com
5. سيسيليا بيمبيبري (22 مايو 2011). منطاد الهواء الساخن تعريف ABC. تم الاسترجاع من: definicionabc.com
6. Ganong، W، F. (2003). علم وظائف الأعضاء الطبية (الطبعة 19). افتتاحية الدليل الحديث.