تعلم قانون بويل: الأصوات والصيغ وأمثلة على الأسئلة ومناقشتها

دراسة قانون بويل - كما يُفهم أن الغازاحتل الفضاء ، وتحرك بشكل عشوائي ، ويمكن ضغطه ، وضغطه ، ونشره بسهولة. لذلك ، تحتوي الغازات على كميات مجهرية مثل الحجم والضغط ودرجة الحرارة التي يمكن قياسها في المختبر.

بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الغازات أيضًا على كميات مجهريةمثل السرعة الجزيئية والزخم الجزيئي والطاقة الحركية الجزيئية. على عكس الكميات المجهرية ، لا يمكن قياس الكميات المجهرية في المختبر ولكن يمكن حسابها. يمكن أن ترتبط هذه الكميات بكتلة وكثافة الغاز.

هذه العلاقة هي دراسة العلماءمثل روبرت بويل ، وجاك تشارلز ، وجوزيف جاي لوساك. لقد صاغوا قوانين للغاز سيتم تسميتها لاحقًا بعد أسمائهم كشكل من أشكال التقدير.

جدول المحتويات

قانون الأصوات بويل

قانون بويل أصوات وأمثلة على مشكلة قانون بويل

وقد ذكر من قبل أن العلماءمهتم جدًا بالعلاقة بين الكميات الميكروسكوبية والميكروسكوبية التي تحدد حالة الغاز ، سواء في الفضاء المفتوح أو المغلق. إذا كان الغاز المرصود في غرفة مغلقة ، فإن الكميات التي تحدد حالة الغاز هي الضغط (p) والحجم (V) ودرجة حرارة الغاز (T). تدرس هذه العلاقة بعمق روبرت بويل . من خلال سلسلة من التجارب أو التجارب ، صاغ بويل أخيرًا قانون بويل عام 1662.

استخدم بويل في تجاربه كما هو موضح في الصورة أعلاه وعاء على شكل حرف J ، وبدأت التجربة بالظروف المحددة الصورة (أ) أي أن ضغط الغاز يبلغ 1 ضغط جوي أو يساوي 760 مم زئبق والحجم V (ارتفاع الزئبق في ذراع الوعاء المغلق الأول وذراع الوعاء المفتوح الثاني هو نفسه).

مفعّلة الصورة (ب)، يضاف بعض الزئبق عن طريق الفموعاء مفتوح لإعطاء فرق 760 مم زئبق ارتفاع بين ذراعي السفينة. في هذه الحالة ، يبلغ ضغط الغاز 1520 ملم زئبقي الذي يتم الحصول عليه من ضغط الغاز 760 ملم زئبقي بالإضافة إلى الضغط الجوي 760 ملم زئبقي ، بينما يكون الحجم V / 2.

مفعّلة الصورة (ج)إذا تم إضافة الضغط الخلفي بمقدار 760 مم زئبقمن خلال الفم المفتوح للسفينة ، هناك زيادة في الضغط على الغاز بحيث يصبح إجمالي ضغط الغاز 2280 ملم زئبقي وينخفض حجم الغاز إلى V / 3.

أظهرت النتائج التجريبية أنه عند درجة حرارة الغازفي وعاء مغلق ثابت ، ضغط الغاز يتناسب عكسيا مع حجمه. وبعبارة أخرى ، إذا زاد الضغط ، سينخفض الحجم. على العكس ، إذا تم زيادة حجم الغاز ، فسوف ينخفض ضغط الغاز.

وهكذا صوت قانون بويل على النحو التالي.

"عند درجة حرارة ثابتة ، يتناسب حجم الغاز عكسيا مع ضغطه."

قانون بويل ينطبق على جميع الغازات تقريباكثافة منخفضة. ومع ذلك ، يجب أن يُفهم أيضًا أن قانون بويل لا ينطبق إلا في ظل ظروف معينة مثل درجة حرارة الغاز الثابت ، والغاز في غرفة مغلقة ، ولا يوجد تفاعل كيميائي ، ولا تغيير في شكل الغاز. تشمل بعض الأمثلة على تطبيق قانون بويل في الحياة اليومية مقاييس الضغط وأنابيب السيفون والماصات ومضخات المياه.

صيغة قانون بويل

من التجارب المختلفة التي أجريت ، طور بويل بعد ذلك معادلة توضح العلاقة بين ضغط الغاز والحجم في غرفة مغلقة ودرجة حرارة ثابتة.

هذه المعادلة مبنية على قانون بويل التي تنص على أنه عند درجة حرارة ثابتة ، حجم الغازيتناسب عكسيا مع الضغط. أو بعبارة أخرى ، في الغاز المثالي ، يتم إصلاح ناتج ضغط الغاز بحجم الغاز في غرفة مغلقة ، بشرط ألا تتغير درجة حرارة الغاز.

من المعادلة أعلاه ، يمكن القول ذلكأثناء العملية ، ستبقى نفس كمية الطاقة الممنوحة للنظام طالما بقيت درجة الحرارة ثابتة أو ثابتة. وبسبب ذلك ، من الناحية النظرية ، القيمة ك ستبقى ثابتة.

إذا تغير ضغط الغاز من ضغط الغاز الأول (p₁) إلى ضغط الغاز الثاني (p₂) عند درجة حرارة ثابتة ، فسيتم الحصول على المعادلة التالية.

إذا تم تصورها في شكل رسوم بيانية ، فسوف تنتج منحنى يسمى منحنى متساوي الحرارة ، وهو منحنى بنفس درجة الحرارة.

الرسم البياني لعلاقة الحجم والغاز في درجة حرارة ثابتة

يُظهر الرسم البياني أنه كلما كان ضغط الغاز أصغر ، كلما زاد الحجم ، ولكن منتج الضغط وحجم الغاز يبقى ثابتًا.

أمثلة على أسئلة وأجوبة بويل القانونية

فيما يلي بعض الأمثلة على الأسئلة حول قانون بويل مصحوبة بمناقشة.

1. أمثلة من الأسئلة 1

غرفة مغلقة بحجم 0.2 متر مكعب مملوءة بالغاز عند ضغط 60،000 باسكال. احسب حجم الغاز إذا تم الضغط إلى 80،000 باسكال.

المناقشة:

معروف:

p₁ = 60،000 باسكال
V₁ = 0.2 م³
P₂ = 80،000 باسكال

سأل: V₂ = ...؟

الجواب: p₁ V₁ = p₂ V₂

V₂ = p₁ V₁ ÷ p₂
V ₂ = 60،000 × 0.2 ÷ 80،000
V ₂ = 1.2 ÷ 80،000
V₂ = 0.15 م³

لذا ، فإن حجم الغاز الآن 0.15 م³.

2 - أسئلة نموذجية 2 - رقم الأمم المتحدة 2011/2012

يخضع عدد من الغازات المثالية لعملية متساوي الحرارة ، بحيث يصبح الضغط ضعف الضغط الأصلي ، ثم يصبح الحجم ...

أ 4 مرات في الأصل
ب 2 مرات في البداية
0.5 مرة أصلاً
د. 0.25 مرة الأصلي
E. ثابت

الجواب: ج

المناقشة:

معروف:

ضغط الغاز الأولي ، p₁ = p
ضغط الغاز النهائي ، P₂ = 2p
العملية متساوي الحرارة ، T₁ = T₃ = T₃

سئل: الحجم النهائي للغاز

الجواب: يمكن الحصول على الحجم النهائي للغاز من قانون بويل ، على النحو التالي.

p₁ V₁ = p₂ V₂
p₁ V₁ = 2p₁ V₂
V₂ = p₁ V₁ ÷ 2p₁
V₂ = V₁ ÷ 2
V₂ = ½ V₁

لذا ، فإن حجم الغاز النهائي 0.5 مرة حجم الغاز الأولي.

3. أمثلة من الأسئلة 3 - PPI 1979

في قانون بويل ، ص ك ، ك له أبعاد ...

أ. السلطة
ب. الأعمال
جيم الزخم الخطي
درجة الحرارة
E. ربيع ثابت

الجواب: ب

المناقشة:

معروف: V.p = k

سأل: ك = ...؟

الجواب:

ص.ف = ك
ك = p.V = (م³)
ك = Nm = جول

الجول وحدات تجارية. لذا ك له أبعاد جهد.

4. أمثلة من الأسئلة 4

انظر إلى الصورة التالية!

بناءً على تجارب بويل القانونية تم الحصول على البيانات التالية: عندما h = 50 مم ، V = 18 سم مكعب وعندما يكون = 150 مم ، V = 16 سم مكعب. احسب كمية ضغط الهواء الخارجي (ملم زئبقي).

المناقشة:

معروف:

ح = 50 مم
V₁ = 18 سم مكعب
ح = 150 مم
V₂ = 16 سم مكعب

سئل: ضغط الهواء الخارجي

الجواب:

للإجابة على هذه المشكلة ، نستخدم مفهوم السفن ذات الصلة. لذلك ، يكون ضغط الغاز في V على النحو التالي.

الدولة 1:

p₁ = (p₀ + h₁) مم زئبق
p₁ = (p₀ + 50) ملم زئبق ... (أ)

الدولة 2:

ص = (p₀ + h₂) مم زئبق
p₂ = (p₀ + 150) ملم زئبق ... (ب)

وفقًا لقانون بويل ،

p₁ V₁ = p₂ V₂
p₂ = V₁ / V₂ × p₁
p₂ = 18/16 × p₁ ... (ج)