Объем массы газа обратно пропорционален его давлению
Закон Бойля является частным случаем закона идеального газа . Этот закон применяется только к идеальным газам, поддерживаемым при постоянной температуре , что позволяет изменять только объем и давление .
Формула закона Бойля
Закон Бойля выражается в виде:
P i V i = P f V f,
где
P i = начальное давление
V i = начальный объем
P f = конечное давление
V f = конечный объем
Поскольку температура и количество газа не меняются, эти термины не фигурируют в уравнении.
Закон Бойля означает, что объем массы газа обратно пропорционален его давлению. Эта линейная зависимость между давлением и объемом означает, что удвоение объема данной массы газа уменьшает его давление вдвое.
Важно помнить, что единицы измерения для начальных и конечных условий одинаковы. Не начинайте с фунтов и кубических дюймов для начальных единиц давления и объема и ожидайте найти паскали и литры без предварительной конвертации единиц.
Есть два других распространенных способа выражения формулы для закона Бойля.
Согласно этому закону при постоянной температуре произведение давления на объем является постоянным:
PV = c
или
P ∝ 1 / V
Проблема примера закона Бойля
Объем 1 л газа находится под давлением 20 атм. Клапан позволяет газу течь в 12-литровый контейнер, соединяя два контейнера. Каково конечное давление этого газа?
Хорошее место для начала этой проблемы - написать формулу для закона Бойля и определить, какие переменные вам известны, а какие еще предстоит найти.
Формула:
P 1 V 1 = P 2 V 2
Ты знаешь:
Начальное давление P 1 = 20 атм.
Начальный объем V 1 = 1 л.
Конечный объем V 2 = 1 л + 12 л = 13 л.
Конечное давление P 2 = переменная, которую можно найти.
P 1 V 1 = P 2 V 2
Разделив обе части уравнения на V 2, вы получите:
P 1 V 1 / V 2 = P 2
Заполнение номеров:
(20 атм) (1 л) / (13 л) = конечное давление
конечное давление = 1,54 атм (неверное количество значащих цифр, просто чтобы вы знали)
Если вы все еще в замешательстве, вы можете рассмотреть еще одну сработавшую проблему Закона Бойля .
Интересные факты о законах Бойля
- Закон Бойля был первым физическим законом, написанным как уравнение, описывающее зависимость двух переменных. До этого одна переменная была всем, что вы получили.
- Закон Бойля также известен как закон Бойля-Мариотта или закон Мариотта. Англо-ирландский Бойль опубликовал свой закон в 1662 году, но французский физик Эдм Мариотт независимо друг от друга придумал такое же отношение в 1679 году.
- Хотя закон Бойля описывает поведение идеального газа, его можно применять к реальным газам при нормальной температуре и низком (обычном) давлении. По мере повышения температуры и давления газы начинают отклоняться от любого изменения закона идеального газа.
Закон Бойля и другие газовые законы
Закон Бойля - не единственный частный случай закона идеального газа. Два других общих закона - это закон Чарльза (постоянное давление) и закон Гей-Люссака (постоянный объем).
Формула для закона Гей-Люссака
Закон Гей-Люссака является частным случаем закона об идеальном газе . Этот закон применяется только к идеальным газам, которые содержатся в постоянном объеме, позволяющем изменять только давление и температуру .
Закон Гей-Люссака выражается в виде:
P i / T i = P f / T f,
где
P i = начальное давление
T i = начальная абсолютная температура
P f = конечное давление
T f = конечная абсолютная температура
Чрезвычайно важно помнить, что абсолютные температуры измеряются в градусах Кельвина, а не в ° C или ° F.
Определение абсолютной температуры
Абсолютная температура - это температура, измеренная по шкале Кельвина, где ноль - это абсолютный ноль . Нулевая точка - это температура, при которой частицы вещества имеют минимальное движение и могут стать не холоднее (минимальная энергия). Поскольку это «абсолютное значение», термодинамическое показание температуры не сопровождается символом градуса.
Хотя шкала Цельсия основана на шкале Кельвина, она не измеряет абсолютную температуру, поскольку ее единицы не относятся к абсолютному нулю. Шкала Ранкина, которая имеет интервал градусов, такой же, как шкала Фаренгейта, является еще одной шкалой абсолютных температур. Как и по Цельсию, Фаренгейт не является абсолютной шкалой.