Boyleov zakon otkrio je Robert Boyle u 17. stoljeću i postavio je temelje za objašnjenje odnosa između pritiska i volumena u gasovima. Kroz niz eksperimenata, pokazao je da ako je temperatura konstantna, gas smanjuje svoj volumen kada je izložen povećanom pritisku, a povećava svoj volumen kada se pritisak smanji.
U ovom članku ćemo vam reći sve što trebate znati o Boyleovom zakonu, njegovim karakteristikama i važnosti.
Glavne karakteristike
Godine 1662, Robert Boyle je otkrio da je pritisak koji se vrši na gas obrnuto proporcionalan njegovom volumenu i broju molova pri konstantnoj temperaturi. Drugim riječima, ako se pritisak primijenjen na gas udvostruči, gas će se komprimovati, a njegov volumen će se prepoloviti. Ovo otkriće je fundamentalno za razumijevanje moderne hemije.
Kako se volumen posude u kojoj se nalazi plin povećava, tako se povećava i udaljenost koju čestice moraju prijeći prije sudara sa zidovima posude. Ovo povećanje udaljenosti omogućava smanjenje učestalosti udara, tako da je pritisak na zid manji nego prije kada je volumen bio manji.
Boyleov zakon je prvi put otkrio Robert Boyle 1662. godine. Edmé Mariotte bio je još jedan naučnik koji je razmišljao o Boyleovom zakonu i došao do istih zaključaka ; međutim, Mariotte nije objavio svoj rad sve do 1676. godine. Zbog toga u mnogim knjigama nalazimo ovaj zakon koji se naziva Boyle-Mariotov zakon, također poznat kao Mattoutov zakon, koji je razvio britanski fizičar i hemičar Robert Boyle. Nezavisno su ga formulisali Boyle i francuski fizičar i botaničar Edmé Mattout.
Ovo se odnosi na jedan od zakona koji povezuju zapreminu i pritisak gasa za datu količinu gasa održavanu na konstantnoj temperaturi. Boyleov zakon kaže sljedeće: Pritisak koji vrši sila fizički je obrnuto proporcionalan zapremini gasa, pod uslovom da njegova temperatura ostane konstantna. Ili jednostavnije, možemo to protumačiti kao: na višoj konstantnoj temperaturi, zapremina fiksne mase gasa je obrnuto proporcionalna konstantnom pritisku koji vrši.
Eksperimenti i primjene Boyleovog zakona
Da bi testirao Boyleov zakon, Mariot je uveo plin u cilindar s klipom i promatrao različite pritiske koji su se stvarali dok se klip spuštao. Ovaj eksperiment je pokazao da se s povećanjem volumena pritisak smanjuje.
Boyleov zakon ima mnogo primjena u modernom životu, uključujući ronjenje, na primjer. To je zato što ronilac prilikom uspinjanja mora izbaciti zrak iz pluća jer se širi kada se pritisak smanji. Ako to ne učinite, može doći do oštećenja tkiva. Ovaj princip je fundamentalan za razumijevanje kako funkcioniraju zakoni o plinu i njihovu primjenu u ronjenju.
Nalazi se u svoj opremi koja koristi ili radi na pneumatsku snagu, kao što su robotske ruke koje koriste komponente poput pneumatskih klipova, aktuatora, regulatora pritiska i ventila za smanjenje pritiska. Nadalje, ove primjene su duboko povezane s otkrićima drugih naučnika, poput Roberta Hookea.
Benzinski, plinski i dizel motori također koriste Boyleov zakon tokom unutrašnjeg sagorijevanja. Prvi put zrak ulazi u cilindar s određenom zapreminom i pritiskom, drugi put se zapremina smanjuje kako se pritisak povećava. Ovaj fenomen ilustruje kako su svojstva plinova ključna za rad motora, što se odnosi na Cavendishovo istraživanje fizičkog ponašanja plinova.
Automobili imaju sisteme zračnih jastuka koji rade tako što iz komore istiskuju određenu količinu zraka ili plina koja dospijeva do vanjskog zračnog jastuka, gdje se pritisak smanjuje, a volumen povećava, održavajući konstantnu temperaturu.
Boyleov zakon je danas veoma važan jer je to zakon koji nam govori i objašnjava ponašanje gasova. To definitivno objašnjava da su pritisak i zapremina gasa obrnuto proporcionalni jedan drugom. Prema tome, kada se pritisak primeni na gas, njegova zapremina se smanjuje, a pritisak raste.
idealan plinski model
Boyle-Mariotteov zakon primjenjuje se na takozvane idealne plinove, teorijski model koji uvelike pojednostavljuje ponašanje bilo kojeg plina, pod pretpostavkom:
- molekule gasa toliko su male da nije potrebno razmišljati o njihovoj veličini, posebno imajući u vidu da je to mnogo manje od udaljenosti koju oni putuju.
- Takođe, molekuli jedva stupaju u interakciju, osim kada se sudare vrlo kratko, a kada se sudare, sudar je elastičan, tako da se zadržavaju i impuls i kinetička energija.
- Konačno, pretpostavimo da je ova kinetička energija proporcionalna temperaturi plinovitog uzorka, tj. što su čestice više uzburkane, to je viša temperatura.
Laki gasovi, bez obzira na njihov identitet, slijede ove smjernice vrlo striktno pod standardnim uvjetima temperature i pritiska (tj.: 0ºC i atmosferski pritisak (1 atmosfera). Za ove plinove Boyle-Mariotteov zakon vrlo precizno opisuje njihovo ponašanje. .
Pošto je P∙V konstantan na datoj temperaturi, ako se pritisak gasa promeni, zapremina se menja tako da proizvod ostaje isti, pa se u dva različita stanja 1 i 2 jednakost može izraziti na sledeći način:
P1∙V1 = P2∙V2
Zatim, poznavajući jedno stanje, plus varijablu iz drugog stanja, možete znati varijablu koja nedostaje tako što ćete je ukloniti iz Boyle-Mariotovog zakona.
Istorija Boyleovog zakona
Britanski hemičar. Pionir eksperimenata u oblasti hemije, posebno u svojstvima gasova,
Teza Roberta Boylea o ponašanju materije na nivou čestica bila je preteča moderne teorije hemijskih elemenata. Bio je i jedan od osnivača Kraljevskog društva u Londonu.
Robert Boyle je rođen u plemićkoj porodici u Irskoj i pohađao je najbolje engleske i evropske škole. Od 1656. do 1668. služio je kao asistent Roberta Hookea na Univerzitetu u Oksfordu, sarađujući s njim na nizu eksperimenata koji su određivali fizička svojstva zraka i kako on gori, diše i prenosi zvuk.
Rezultati ovih doprinosa sakupljeni su u njegovom djelu "Novi fizičko-mehanički eksperimenti o elastičnosti zraka i njenim efektima " (1660). U drugom izdanju ovog djela (1662) otkrio je poznato svojstvo plinova, Boyleov zakon, koji kaže da je volumen koji plin zauzima na konstantnoj temperaturi obrnuto proporcionalan njegovom pritisku. Danas je poznato da ovaj zakon vrijedi samo kada se prihvati teoretsko idealno ponašanje plinova.