Вивчення закону Бойля: звуки, формули, приклади запитань та їх обговорення
Вивчення закону Бойля - Як зрозуміло, що газ єзаймають простір, рухаються випадковим чином, можуть стискатися, мати тиск і легко дифундувати. Тому гази мають макроскопічні величини, такі як об'єм, тиск та температура, які можна виміряти в лабораторії.
Крім того, гази також мають мікроскопічні кількостіяк молекулярна швидкість, молекулярний імпульс і молекулярна кінетична енергія. На відміну від макроскопічних величин, мікроскопічні величини не можуть бути виміряні в лабораторії, але можуть бути обчислені. Ці кількості можуть бути пов'язані з масою і щільністю газу.
Цей взаємозв'язок є дослідженням вченихяк Роберт Бойл, Жак Чарльз та Джозеф Гей-Люссак. Вони сформулювали газові закони, які будуть названі на честь них як форми подяки.
Звучить закон Бойла
Про це вчені згадували ранішедуже зацікавлений у взаємозв'язку між макроскопічними та мікроскопічними величинами, що визначають стан газу, як у відкритому, так і у закритому просторі. Якщо спостережуваний газ знаходиться в закритому приміщенні, то величини, що визначають стан газу, - це тиск (p), об'єм (V) і температура газу (T). Цей взаємозв'язок глибоко вивчається Роберт Бойл . Через низку експериментів чи експериментів Бойл остаточно сформулював Закон Бойла у 1662 році.
У своїх експериментах, як показано на малюнку вище, Бойл використав посудину у формі J. Експеримент розпочався із зазначених умов зображення (а) тобто тиск газу становить 1 атм або дорівнює 760 мм рт.ст., а об'єм - V (висота ртуті в руці першого закритого посудини і рука другого відкритого посудини однакова).
На зображення (b), деяка кількість ртуті додається через ротвідкриту посудину, щоб дати різницю у 760 мм рт.ст. між двома руками судна. У цьому стані тиск газу 1520 мм рт.ст., отриманий із тиску газу 760 мм рт.ст. плюс атмосферного тиску 760 мм рт.ст., при цьому об’єм становить V / 2.
На малюнок (c), якщо тиск тиску додається на 760 мм рт. стчерез відкритий гирло посудини відбувається підвищення тиску на газ, так що загальний тиск газу стає 2280 мм рт.ст., а об'єм газу зменшується до V / 3.
Результати експериментів показують, що при температурі газуу закритому посудині тримається постійним, тиск газу обернено пропорційний його об'єму. Іншими словами, якщо тиск буде підвищений, об'єм зменшиться. І навпаки, якщо збільшити об'єм газу, тиск газу знизиться.
Таким чином, звучання закону Бойля полягає в наступному.
"При постійній температурі об'єм газу обернено пропорційний його тиску".
Закон Бойля поширюється на майже всі гази знизька щільність. Однак слід також розуміти, що закон Бойля застосовується лише за певних умов, таких як фіксована температура газу, газ у закритому приміщенні, відсутність хімічної реакції та відсутність зміни форми газу. Деякі приклади застосування закону Бойла у повсякденному житті включають манометри, сифонні труби, піпетки та водяні насоси.
Формула закону Бойла
З різних експериментів, які були проведені, Бойл потім розробив рівняння, яке ілюструє залежність між тиском газу та об'ємом у закритому приміщенні та постійною температурою.
Це рівняння засноване на Закон Бойла де зазначено, що при постійній температурі об'єм газуобернено пропорційна тиску. Або іншими словами, в ідеальному газі фіксується добуток тиску газу з об'ємом газу у закритому приміщенні за умови, що температура газу не змінюється.
З наведеного рівняння можна сказати, щопід час процесу така ж кількість енергії, що надається системі, залишатиметься до тих пір, поки температура буде підтримуватися постійною або постійною. Через те, теоретично, цінність к залишиться постійною.
Якщо тиск газу зміниться від першого тиску газу (p₁) до другого тиску газу (p₂) при постійній температурі, буде отримано наступне рівняння.
Якщо її візуалізувати у графічній формі, вона створить криву, що називається ізотермічною кривою, яка є кривою з однаковою температурою.
На графіку видно, що чим менший тиск газу, тим більший об’єм, але добуток тиску та об’єму газу залишається постійним.
Приклади юридичних питань та відповідей Бойла
Нижче наведено декілька прикладів питань про Закон Бойла супроводжується дискусією.
1. Приклад запитань 1
Закрите приміщення об'ємом 0,2 м³ заповнене газом при тиску 60 000 Па. Обчисліть об’єм газу, якщо тиск складе до 80 000 Па.
Обговорення:
Відомо:
p₁ = 60 000 Па
V₁ = 0,2 м³
P₂ = 80 000 Па
Запитували: V₂ = ...?
Відповідь: 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 м³
Отже, обсяг газу зараз є 0,15 м³.
2. Приклад питань 2 - ООН 2011/2012
Ряд ідеальних газів проходить ізотермічний процес, тому тиск стає в 2 рази перевищує вихідний тиск, тоді об'єм стає ...
A. 4 рази спочатку
Б. 2 рази спочатку
C. 0,5 рази спочатку
D. 0,25 рази від оригіналу
E. Виправлено
Відповідь: С
Обговорення:
Відомо:
- Початковий тиск газу, p₁ = p
- Кінцевий тиск газу, P₂ = 2p
- Ізотермічний процес, T₁ = T₂ = T₃
Запитали: Кінцевий об'єм газу
Відповідь: Кінцевий об'єм газу можна отримати із закону Бойла, який полягає в наступному.
p₁ V₁ = p₂ V₂
p₁ V₁ = 2p₁ V₂
V₂ = p₁ V₁ ÷ 2p₁
V₂ = V₁ ÷ 2
V₂ = ½ V₁
Отже, кінцевий об'єм газу 0,5 рази початковий об'єм газу.
3. Приклад запитання 3 - ІПП 1979
У законі Бойля p.V = к, к має розміри ...
А. Потужність
В. Бізнес
C. Лінійний імпульс
D. Температура
E. Постійна весни
Відповідь: B
Обговорення:
Відомо: V.p = k
Запитували: k = ...?
Відповідь:
p.V = к
к = p.V = (m³)
к = Nm = Джоул
Джоули - це бізнес-одиниці. Отже к має розміри зусилля.
4. Приклад запитання 4
Подивіться на наступну картинку!
На основі юридичних експериментів Бойля були отримані такі дані; коли h = 50 мм, V = 18 см³ і коли h = 150 мм, V = 16 см³. Обчисліть величину тиску зовнішнього повітря (мм рт. Ст.).
Обговорення:
Відомо:
h₁ = 50 мм
V₁ = 18 см³
h₂ = 150 мм
V₂ = 16 см³
Запитується: Зовнішній тиск повітря
Відповідь:
Щоб відповісти на цю проблему, ми використовуємо поняття суміжних суден. Тому тиск газу в V такий.
Стан 1:
p₁ = (p₀ + h₁) мм рт
p₁ = (p₀ + 50) мм рт.ст. ... (а)
Стан 2:
p₂ = (p₀ + h₂) мм рт
p₂ = (p₀ + 150) мм рт.ст. ... (b)
Відповідно до закону Бойля,
p₁ V₁ = p₂ V₂
p₂ = V₁ / V₂ × p₁
p₂ = 18/16 × p₁ ... (c)
Потім замінимо рівняння (c) на рівняння (b), щоб отримати:
p₂ = (p₀ + 150) мм рт
18/16 × p₁ = p₀ + 150
p₁ = 16/18 (p₀ + 150) ... (г)
Наступний крок - замінити рівняння (d) на рівняння (a), щоб отримати:
p₁ = (p₀ + 50) мм рт.ст.
16/18 (p₀ + 150) = p₀ + 50
16 (p₀ + 150) = 18 (p₀ + 50)
16p₀ + 2400 = 18p₀ + 900
2400 - 900 = 18p₀ - 16p₀
1500 = 2 п₀
p₀ = 1500 ÷ 2
p₀ = 750
Отже, зовнішній тиск повітря є 750 мм рт.ст. або 75 см рт.ст.
5. Приклад запитань 5
Серед наступних речей, які є ні умовою виникнення закону Бойля є ...
A. Фіксована температура
B. Фіксований об'єм і тиск
C. Ніякої хімічної реакції не відбувається
D. Газ у обмеженому просторі
E. Форма газу не змінюється
Відповідь: B
Обговорення:
Закон Бойла застосовується лише за певних умов, таких як температура нерухомого газу, газ знаходиться у закритому просторі, не відбувається хімічної реакції, і немає зміни форми газу.
На цьому закінчується наша дискусія щодо закону Бойля стосовно звуко-правової формули Бойля, що супроводжується прикладами питань та дискусій.
