At lære Boyle's Law: Lyde, formler, eksempler på spørgsmål og deres diskussion
Studerer Boyle's Law - Som det forstås, at gas eroptager plads, bevæge sig tilfældigt, kan komprimeres, have pres og let diffunderes. Derfor har gasser makroskopiske mængder såsom volumen, tryk og temperatur, der kan måles i laboratoriet.
Derudover har gasser også mikroskopiske mængdersom molekylær hastighed, molekylær momentum og molekylær kinetisk energi. I modsætning til makroskopiske mængder kan mikroskopiske mængder ikke måles i laboratoriet, men kan beregnes. Disse mængder kan relateres til gasens masse og densitet.
Dette forhold er forskningenes undersøgelsesom Robert Boyle, Jacques Charles og Joseph Gay-Lussac. De formulerede gaslover, som senere ville blive opkaldt efter deres navne som en form for påskønnelse.
Lyder Boyle's Law
Det er blevet nævnt før, at forskeremeget interesseret i forholdet mellem makroskopiske og mikroskopiske mængder, der bestemmer tilstanden af en gas, både i åbent og lukket rum. Hvis den observerede gas er i et lukket rum, er de mængder, der bestemmer gasens tilstand, tryk (p), volumen (V) og temperaturen på gassen (T). Dette forhold studeres i dybden af Robert Boyle , Gennem en række eksperimenter eller eksperimenter formulerede Boyle endelig Boyle's lov i 1662.
I sine eksperimenter som vist på billedet ovenfor brugte Boyle et J-formet kar.Experimentet begyndte med de angivne betingelser billede (a) dvs. gastrykket er på 1 atm eller lig med 760 mmHg, og volumenet er V (højden af kviksølvet i armen på det første lukkede kar og armen på det andet åbne kar er det samme).
på billede (b), noget kviksølv tilsættes via mundenåbent kar for at give en forskel på 760 mmHg højde mellem fartøjets to arme. I denne tilstand opnås et gastryk på 1520 mmHg opnået fra et gastryk på 760 mmHg plus et atmosfærisk tryk på 760 mmHg, mens volumenet er V / 2.
på billede (c), hvis modtrykket tilføjes med 760 mmHggennem beholderens åbne mund er der en stigning i trykket på gassen, så det samlede gastryk bliver 2280 mmHg, og gasvolumenet falder til V / 3.
De eksperimentelle resultater viser, at når temperaturen på gasseni en lukket beholder holdes konstant, er gastrykket omvendt proportionalt med dets volumen. Med andre ord, hvis trykket øges, falder lydstyrken. Omvendt, hvis gasvolumen øges, falder gastrykket.
Således er lyden af Boyle's lov som følger.
"Ved en konstant temperatur er volumenet af en gas omvendt proportional med dens tryk."
Boyle's Law gælder for næsten alle gasser medlav densitet. Det skal imidlertid også forstås, at Boyle's lov kun gælder under visse betingelser, såsom fast gastemperatur, gas i et lukket rum, ingen kemisk reaktion og ingen ændring i gasformen. Nogle eksempler på anvendelsen af Boyle's lovgivning i hverdagen inkluderer manometre, sifonrør, pipetter og vandpumper.
Boyle's Law Formula
Fra forskellige eksperimenter, der er blevet udført, udviklede Boyle derefter en ligning, der illustrerer forholdet mellem gastryk og volumen i et lukket rum og en konstant temperatur.
Denne ligning er baseret på Boyle's lov der siger, at ved en konstant temperatur er volumen af gassenomvendt proportional med trykket. Eller med andre ord, i en ideel gas er produktet af gastryk med volumen af en gas i et lukket rum fast, forudsat at gastemperaturen ikke ændrer sig.
Fra ligningen ovenfor kan det sigesunder processen forbliver den samme mængde energi, der er givet til systemet, så længe temperaturen holdes konstant eller konstant. På grund af dette, i teorien, værdi k vil forblive konstant.
Hvis gastrykket skifter fra det første gastryk (p₁) til det andet gastryk (p2) ved en konstant temperatur, opnås følgende ligning.
Hvis det visualiseres i grafisk form, producerer det en kurve kaldet en isotermisk kurve, som er en kurve med den samme temperatur.
Grafen viser, at jo mindre gastrykket er, desto større er volumen, men produktet af trykket og volumen af gasen forbliver konstant.
Eksempler på Boyle's juridiske spørgsmål og svar
Følgende er nogle eksempler på spørgsmål om Boyle's Law ledsaget af en diskussion.
1. Eksempel spørgsmål 1
Et lukket rum med et volumen på 0,2 m3 fyldt med gas ved et tryk på 60.000 Pa. Beregn mængden af gas, hvis trykket udgør 80.000 Pa.
diskussion:
Givet:
p₁ = 60.000 Pa
V = 0,2 m³
P2 = 80.000 Pa
Spurgt: V₂ = ...?
Svar: p₁ V₁ = p₂ V₂
V2 = p₁ V₁ ÷ p₂
V2 = 60.000 × 0,2 ÷ 80.000
V2 = 1,2 ÷ 80.000
V2 = 0,15 m³
Så mængden af gas nu er 0,15 m³.
2. Eksempel spørgsmål 2 - National eksamen 2011/2012
Et antal ideelle gasser gennemgår en isotermisk proces, så trykket bliver 2 gange det originale tryk, derefter bliver volumen ...
A. 4 gange oprindeligt
B. to gange oprindeligt
C. 0,5 gange oprindeligt
D. 0,25 gange originalen
E. Fast
Svar: C
diskussion:
Givet:
- Indledende gastryk, p₁ = p
- Endelig gastryk, P2 = 2p
- Isotermisk proces, T₁ = T2 = T₃
Spurgt: Den endelige mængde gas
Svar: Den endelige mængde gas kan fås ved Boyle's lov, som er som følger.
p₁ V₁ = p2 V2
p₁V = 2p₁ V2
V2 = p₁ V₁ ÷ 2p₁
V2 = V₁ ÷ 2
V2 = ½ V₁
Så det endelige gasvolumen er 0,5 gange startgasvolumen.
3. Eksempel spørgsmål 3 - PPI 1979
I Boyle's lov, p.V = k, k har dimensioner ...
A. Kraft
B. Forretning
C. Lineær momentum
D. Temperatur
E. Forårskonstant
Svar: B
diskussion:
Kendt: V.p = k
Spurgt: k = ...?
svar:
p.V = k
k = p.V = (m³)
k = Nm = Joule
Joules er forretningsenheder. således k har dimensioner indsats.
4. Eksempel spørgsmål 4
Se på følgende billede!
Baseret på Boyle's juridiske eksperimenter blev følgende data opnået; når h = 50 mm, V = 18 cm³, og når h = 150 mm, V = 16 cm³. Beregn mængden af udvendigt lufttryk (mmHg).
diskussion:
Givet:
h₁ = 50 mm
V = 18 cm³
h2 = 150 mm
V2 = 16 cm³
Spurgt: Lufttryk udenfor
svar:
For at besvare dette problem bruger vi begrebet relaterede fartøjer. Derfor er gastrykket i V som følger.
Tilstand 1:
p₁ = (p₀ + h₁) mmHg
p₁ = (p₀ + 50) mmHg ... (A)
Tilstand 2:
p2 = (p₀ + h2) mmHg
p2 = (p₀ + 150) mmHg ... (B)
I henhold til Boyle's lov,
p₁ V₁ = p2 V2
p2 = V / V2 × p₁
p₂ = 18/16 × p₁ ... (C)
Så erstatt ligning (c) med ligning (b) for at få:
p2 = (p₀ + 150) mmHg
18/16 × p₁ = p₀ + 150
p₁ = 16/18 (p₀ + 150) ... (D)
Det næste trin er at erstatte ligning (d) til ligning (a) for at få:
p₁ = (p₀ + 50) mmHg
16/18 (p₀ + 150) = p₀ + 50
16 (p + 150) = 18 (p + 50)
16p₀ + 2400 = 18p₀ + 900
2400 - 900 = 18p₀ - 16p₀
1500 = 2 p₀
p₀ = 1500 ÷ 2
p₀ = 750
Så det udvendige lufttryk er 750 mmHg eller 75 cmHg.
5. Eksempel spørgsmål 5
Blandt følgende ting, som er ikke er en betingelse for forekomsten af Boyle's lov er ...
A. Fast temperatur
B. Fast volumen og tryk
C. Der opstår ingen kemisk reaktion
D. Gas i et begrænset rum
E. Gasens form ændres ikke
Svar: B
diskussion:
Boyle's Law gælder kun under visse betingelser, såsom temperaturen på en fast gas, gassen er i et lukket rum, ingen kemisk reaktion forekommer, og der er ingen ændring i gasformen.
Dette er slutningen på vores diskussion om Boyle's lovgivning i relation til Boyle's sunde og juridiske formel ledsaget af eksempler på spørgsmål og diskussion.
