Νόμος του Μπόιλ
Η σχέση μεταξύ του όγκου ενός αερίου και της πίεσής του ονομάστηκε νόμος του Μπόιλ από τον Ρόμπερτ Μπόιλ, ο οποίος ήταν Ιρλανδός επιστήμονας. Ήταν ο πρώτος που ερεύνησε την ποσοτική σχέση μεταξύ του όγκου και της πίεσης ενός αερίου το 1962. Ο Robert Boyle ήταν επίσης διαπρεπής φυσικός φιλόσοφος, χημικός, φυσικός και εφευρέτης.
Η έννοια του νόμου του Boyle
Ο νόμος ορίζει ότι ο βαθμός μιας δεδομένης ποσότητας αερίου σε μια συνεχή θερμοκρασία είναι αμοιβαία ανάλογος της πίεσής του. Λόγω του ότι τα σωματίδια αερίου είναι χαλαρά συσκευασμένα στη φύση, μπορούν να κυκλοφορούν ελεύθερα στο περιβάλλον τους. Όταν ένα δοχείο είναι γεμάτο με αέριο, τα μόρια του αερίου τείνουν να χτυπούν το όριο του δοχείου ενώ κινούνται.
Μόλις μειωθεί ο όγκος του δοχείου, τα σωματίδια αερίου θα αγγίξουν πολύ περισσότερο τα όρια του δοχείου, αυξάνοντας έτσι την πίεση. Με τον ίδιο τρόπο, όταν αυξάνεται ο όγκος του δοχείου, η πίεση του αερίου πέφτει. Ο Robert Boyle ανακάλυψε ότι μόλις ασκηθεί συμπιεστική δύναμη σε ένα αέριο σε ένα δοχείο, το αέριο συμπεριφέρεται σαν ελατήριο και αντιστέκεται στη δύναμη συμπίεσης.
Εάν ο όγκος μιας ορισμένης ποσότητας αερίου σε σταθερή θερμοκρασία T είναι V και η πίεση είναι P, τότε σύμφωνα με το νόμο του Boyle,
όπου k είναι μια σταθερά της οποίας η τιμή καθορίζεται από τον όγκο του αερίου V και τη θερμοκρασία του P.
Σύμφωνα με το νόμο του Boyle, το γινόμενο του όγκου και της πίεσης μιας δεδομένης ποσότητας αερίου σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία είναι σταθερό με βάση την προηγούμενη εξίσωση.
Έστω T η θερμοκρασία και P2 η πίεση μιας συγκεκριμένης ποσότητας αερίου. Τώρα, εάν η πίεση του αερίου στη θερμοκρασία T αυξηθεί σε V2, με αποτέλεσμα έναν όγκο V2, σύμφωνα με το νόμο του Boyle, ο όγκος του αερίου θα είναι V2.
P1 V1 =P2V2
Είναι σταθερές, όταν η μάζα και η θερμοκρασία είναι σταθερές.
P1=Αρχική πίεση που ασκεί το αέριο
P2=Τελική πίεση που ασκεί το αέριο
V1=Αρχικός όγκος που καταλαμβάνεται από το αέριο
V2=Τελικός όγκος που καταλαμβάνεται από το αέριο
Παραδείγματα νόμου του Boyle
Αναπνοή:Οι πνεύμονές μας χρησιμοποιούν τον νόμο του Boyle κατά την αναπνοή. Όταν εισπνέετε, οι πνεύμονές σας διαστέλλονται επειδή είναι γεμάτοι με αέρα. Καθώς ο όγκος αυξάνεται, το επίπεδο πίεσης μειώνεται. Ομοίως, όταν ο αέρας ξεφουσκώνει, οι πνεύμονες συστέλλονται, μειώνοντας τον όγκο και αυξάνοντας την πίεση. Η αλλαγή της πίεσης και του όγκου είναι τόσο στιγμιαία όσο και περιοδική.
Μπουκάλι σόδας:Ένα από τα καλύτερα παραδείγματα του νόμου του Μπόιλ είναι ένα μπουκάλι σόδας γεμάτο με μείγμα διοξειδίου του άνθρακα και νερού. Είναι δύσκολο να πιέσετε ένα σφραγισμένο κουτί ή δοχείο ποτού. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μόρια του αέρα μέσα στο δοχείο είναι σφιχτά συσκευασμένα και έχουν ελάχιστο χώρο για κίνηση. Όταν ανοίγετε ένα κουτί ή ένα μπουκάλι, ορισμένα μόρια αέρα φεύγουν από το δοχείο, αφήνοντας χώρο για περισσότερα μόρια αέρα να εισέλθουν και να πιέσουν το μπουκάλι. Η αλλαγή της πίεσης ως συνάρτηση του όγκου μπορεί να φανεί ξεκάθαρα σε αυτό το παράδειγμα.
Καταδύσεις:Όταν καταδύεστε υποβρύχια, είναι σημαντικό να διασφαλίζετε ότι οι αναλογίες όγκου και πίεσης είναι ισορροπημένες για να αποφύγετε ασθένεια ή τραυματισμό. Νιώθετε μεγάλη πίεση όταν μπαίνετε ή πλησιάζετε στο βάθος του υδάτινου σώματος. Η διαλυτότητα των αερίων στο ανθρώπινο αίμα αυξάνεται με την υψηλή πίεση. Καθώς ανεβαίνει ή ανεβαίνει, η πίεση στο αίμα αρχίζει να πέφτει και τα αέρια στο αίμα αρχίζουν να διαστέλλονται. Ως αποτέλεσμα, ο δύτης πρέπει να ανέβει αργά για να αποφύγει τη ζημιά. Ο νόμος του Boyle βασίζεται στη σχέση μεταξύ πίεσης και όγκου.
Γραφική αναπαράσταση του νόμου του Boyle
Μια απευθείας γραμμή που διέρχεται από την αρχική θέση για ένα οικόπεδο P έναντι 1/V σε σταθερή θερμοκρασία για μια σταθερή ποσότητα γραμμής καυσίμου μπορεί να είναι μια γραφική απεικόνιση του νόμου του Boyle.
Μια ορθογώνια υπερβολή είναι ένα διάγραμμα P έναντι V σε σταθερή θερμοκρασία για μια συγκεκριμένη μάζα αερίου.
Χρησιμοποιείται μια ευθεία γραμμή παράλληλη προς τον άξονα PV για τη γραφική παράσταση P (ή V) έναντι PV σε σταθερή θερμοκρασία για μια συγκεκριμένη μάζα ενός αερίου.
Συμπέρασμα
Η νομοθεσία του Boyle είναι πολύ σημαντική καθώς εξηγεί πώς συμπεριφέρονται τα αέρια. Αποδεικνύεται πέρα από μια σκιά αμφιβολίας ότι η καταπόνηση και η ποσότητα της γραμμής καυσίμου είναι αντιστρόφως ανάλογες. Όταν πιέζετε προς τα κάτω μια γραμμή καυσίμου, η ποσότητα συρρικνώνεται και η καταπόνηση αυξάνεται.
