Boyles Gesetz lernen: Klänge, Formeln, Beispiele für Fragen und ihre Diskussion
Boyles Gesetz studieren - Wie es verstanden wird, ist GasPlatz einnehmen, zufällig bewegen, komprimiert werden, Druck haben und leicht diffundieren. Daher haben Gase makroskopische Größen wie Volumen, Druck und Temperatur, die im Labor gemessen werden können.
Darüber hinaus haben Gase auch mikroskopische Mengenwie molekulare Geschwindigkeit, molekularer Impuls und molekulare kinetische Energie. Im Gegensatz zu makroskopischen Größen können mikroskopische Größen nicht im Labor gemessen, sondern berechnet werden. Diese Größen können mit der Masse und Dichte des Gases in Beziehung gesetzt werden.
Diese Beziehung ist das Studium von Wissenschaftlernwie Robert Boyle, Jacques Charles und Joseph Gay-Lussac. Sie formulierten Gasgesetze, die später als Anerkennung nach ihren Namen benannt wurden.
Klingt nach Boyles Gesetz
Es wurde bereits erwähnt, dass Wissenschaftlersehr interessiert an der Beziehung zwischen makroskopischen und mikroskopischen Größen, die den Zustand eines Gases sowohl im offenen als auch im geschlossenen Raum bestimmen. Befindet sich das beobachtete Gas in einem geschlossenen Raum, sind die Größen, die den Zustand des Gases bestimmen, Druck (p), Volumen (V) und Gastemperatur (T). Diese Beziehung wird von eingehend untersucht Robert Boyle . Durch eine Reihe von Experimenten oder Experimenten formulierte Boyle schließlich Boyles Gesetz im Jahre 1662.
In seinen Experimenten, wie im obigen Bild gezeigt, verwendete Boyle ein J-förmiges Gefäß. Das Experiment begann unter den angegebenen Bedingungen Bild (a) d.h. der Gasdruck liegt bei 1 atm oder gleich 760 mmHg und das Volumen ist V (die Höhe des Quecksilbers im Arm des ersten geschlossenen Gefäßes und im Arm des zweiten offenen Gefäßes ist gleich).
Ein Bild (b)wird etwas Quecksilber durch den Mund hinzugefügtÖffnen Sie das Gefäß, um einen Höhenunterschied von 760 mmHg zwischen den beiden Armen des Gefäßes zu erzielen. In diesem Zustand wird ein Gasdruck von 1520 mmHg aus einem Gasdruck von 760 mmHg plus einem atmosphärischen Druck von 760 mmHg erhalten, während das Volumen V / 2 beträgt.
Ein Bild (c), wenn der Gegendruck um 760 mmHg erhöht wirdDurch die offene Öffnung des Gefäßes steigt der Druck auf das Gas an, so dass der Gesamtgasdruck 2280 mmHg beträgt und das Gasvolumen auf V / 3 abnimmt.
Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass bei der Temperatur des Gasesin einem geschlossenen Gefäß konstant gehalten wird, ist der Gasdruck umgekehrt proportional zu seinem Volumen. Mit anderen Worten, wenn der Druck erhöht wird, nimmt das Volumen ab. Wenn umgekehrt das Gasvolumen erhöht wird, nimmt der Gasdruck ab.
Somit ist der Klang von Boyles Gesetz wie folgt.
"Bei einer konstanten Temperatur ist das Volumen eines Gases umgekehrt proportional zu seinem Druck."
Das Boyle'sche Gesetz gilt für fast alle Gase mitgeringe Dichte. Es versteht sich jedoch auch, dass das Boyle'sche Gesetz nur unter bestimmten Bedingungen gilt, wie z. B. fester Gastemperatur, Gas in einem geschlossenen Raum, keine chemische Reaktion und keine Änderung der Gasform. Einige Beispiele für die Anwendung des Boyle'schen Gesetzes im Alltag sind Manometer, Siphonrohre, Pipetten und Wasserpumpen.
Boyles Gesetzesformel
Aus verschiedenen Experimenten, die durchgeführt wurden, entwickelte Boyle dann eine Gleichung, die die Beziehung zwischen Gasdruck und -volumen in einem geschlossenen Raum und einer konstanten Temperatur veranschaulicht.
Diese Gleichung basiert auf Boyles Gesetz was besagt, dass bei einer konstanten Temperatur das Volumen des Gasesumgekehrt proportional zum Druck. Mit anderen Worten, in einem idealen Gas ist das Produkt des Gasdrucks mit dem Volumen eines Gases in einem geschlossenen Raum festgelegt, vorausgesetzt, die Gastemperatur ändert sich nicht.
Aus der obigen Gleichung kann das gesagt werdenWährend des Prozesses bleibt die gleiche Energiemenge, die dem System zugeführt wird, solange die Temperatur konstant oder konstant gehalten wird. Aus diesem Grund theoretisch Wert k wird konstant bleiben.
Wenn sich der Gasdruck bei einer konstanten Temperatur vom ersten Gasdruck (p₁) zum zweiten Gasdruck (p₂) ändert, wird die folgende Gleichung erhalten.
Wenn es in grafischer Form dargestellt wird, wird eine Kurve erzeugt, die als isotherme Kurve bezeichnet wird und eine Kurve mit derselben Temperatur ist.
Die Grafik zeigt, dass das Volumen umso größer ist, je kleiner der Gasdruck ist, das Produkt aus Druck und Volumen des Gases jedoch konstant bleibt.
Beispiele für rechtliche Fragen und Antworten von Boyle
Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für Fragen zu Boyles Gesetz begleitet von einer Diskussion.
1. Beispielfragen 1
Ein geschlossener Raum mit einem Volumen von 0,2 m³, gefüllt mit Gas mit einem Druck von 60.000 Pa. Berechnen Sie das Gasvolumen, wenn der Druck auf 80.000 Pa eingestellt ist.
Diskussion:
Bekannt:
p₁ = 60.000 Pa
V₁ = 0,2 m³
P = 80.000 Pa
Gefragt: V₂ = ...?
Antwort: p₁ V₁ = p₂ V₂
V₂ = p₁ V₁ ÷ p÷
V ≤ = 60.000 × 0,2 ≤ 80.000
V ≤ = 1,2 ≤ 80.000
V = 0,15 m³
Das Gasvolumen ist also jetzt 0,15 m³.
2. Beispielfragen 2 - UN 2011/2012
Eine Reihe idealer Gase durchläuft einen isothermen Prozess, sodass der Druck das Zweifache des ursprünglichen Drucks beträgt und das Volumen ...
A. 4 mal ursprünglich
B. zunächst 2 mal
C. 0,5 mal ursprünglich
D. 0,25 mal das Original
E. Behoben
Antwort: C.
Diskussion:
Bekannt:
- Anfangsgasdruck, p₁ = p
- Endgasdruck, P₂ = 2p
- Isothermer Prozess, T₁ = T₂ = T₃
Gefragt: Das endgültige Gasvolumen
Antwort: Das endgültige Gasvolumen ergibt sich aus dem Boyle'schen Gesetz, das wie folgt lautet.
p₁ V₁ = p₂ V₂
p₁ V₁ = 2p₁ V₂
V₂ = p₁ V₁ ÷ 2p₁
V₂ = V₁ ÷ 2
V₂ = ½ V₁
Das endgültige Gasvolumen ist also 0,5 mal anfängliches Gasvolumen.
3. Beispielfragen 3 - PPI 1979
In Boyles Gesetz ist p.V = k, k hat Dimensionen ...
A. Macht
B. Geschäft
C. Linearer Impuls
D. Temperatur
E. Federkonstante
Antwort: B.
Diskussion:
Bekannt: V.p = k
Gefragt: k = ...?
Antwort:
p.V = k
k = p.V = (m³)
k = Nm = Joule
Joules sind Geschäftsbereiche. Also k hat Abmessungen Anstrengung.
4. Beispielfragen 4
Schauen Sie sich das folgende Bild an!
Basierend auf Boyles rechtlichen Experimenten wurden die folgenden Daten erhalten; wenn h = 50 mm, V = 18 cm³ und wenn h = 150 mm, V = 16 cm³. Berechnen Sie den Außenluftdruck (mmHg).
Diskussion:
Bekannt:
h₁ = 50 mm
V = 18 cm³
h₂ = 150 mm
V₂ = 16 cm³
Gefragt: Außenluftdruck
Antwort:
Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir das Konzept verwandter Schiffe. Daher ist der Gasdruck in V wie folgt.
Zustand 1:
p₁ = (p₀ + h₁) mmHg
p₁ = (p₀ + 50) mmHg ... (a)
Zustand 2:
p₂ = (p₀ + h₂) mmHg
p₂ = (p₀ + 150) mmHg ... (b)
Nach Boyles Gesetz
p₁ V₁ = p₂ V₂
p₂ = V₁ / V₂ × p₁
p₂ = 18/16 × p₁ ... (c)
Ersetzen Sie dann Gleichung (c) durch Gleichung (b), um Folgendes zu erhalten:
p₂ = (p₀ + 150) mmHg
18/16 × p₁ = p₀ + 150
p₁ = 16/18 (p₀ + 150) ... (d)
Der nächste Schritt besteht darin, Gleichung (d) durch Gleichung (a) zu ersetzen, um Folgendes zu erhalten:
p₁ = (p₀ + 50) mmHg
16/18 (p₀ + 150) = p₀ + 50
16 (p₀ + 150) = 18 (p₀ + 50)
16p₀ + 2400 = 18p₀ + 900
2400 - 900 = 18p₀ - 16p₀
1500 = 2 p₀
p₀ = 1500 ÷ 2
p₀ = 750
Der Außenluftdruck ist also 750 mmHg oder 75 cmHg.
5. Beispielfragen 5
Unter den folgenden Dingen, die sind nein ist eine Bedingung für das Auftreten von Boyles Gesetz ist ...
A. Feste Temperatur
B. Festes Volumen und Druck
Es findet keine chemische Reaktion statt
D. Gas auf engstem Raum
E. Die Form des Gases ändert sich nicht
Antwort: B.
Diskussion:
Das Boyle'sche Gesetz gilt nur unter bestimmten Bedingungen wie der Temperatur eines festen Gases, das Gas befindet sich in einem geschlossenen Raum, es findet keine chemische Reaktion statt und es ändert sich die Form des Gases nicht.
Das ist diesmal unsere ganze Diskussion über Boyles Gesetz in Bezug auf Boyles solide und rechtliche Formel, begleitet von Beispielen für Fragen und Diskussionen.
