Vad är Boyle's lag och jämlikhet?

1662 upptäckte Robert Boyle att gasernas volym och tryck är omvänt proportionella när de hålls vid en konstant temperatur. Enkelt uttryckt, när volymen stiger, sjunker trycket och vice versa.

Den matematiska ekvationen är lika enkel.

PV = k

I denna ekvation representerar (P) tryck, (V) representerar volym, och (k) är en konstant.

Detta har blivit en grundprincip i kemi, nu kallad "Boyle's law", och ingår som ett speciellt fall i den mer allmänna ideala gaslagen.

Hur kom Boyle med sin lag?

Med hjälp av en vakuumpump som uppfanns av Otto von Guericke 1654 genomförde Boyle experiment som undersökte egenskaperna hos luft och vakuum.

Under sina experiment snubblade han över den största prestationen i sitt liv. Genom att använda ett J-format glasrör som hade luft i spetsen av kurvan, förändrade Boyle luftens vikt med hjälp av kvicksilver, och när han gjorde det såg han att luftutrymmet vid kurvets spets blev mindre. Han upptäckte att när man ökar trycket på en gas krymper gasens volym förutsägbart.

Varför är Boyle's lag viktig?

Boyle's lag är viktig eftersom den berättar om gasernas beteende. Det förklarar med säkerhet att gastrycket och volymen är omvänt proportionell mot varandra. Så om du trycker på gas blir volymen mindre och trycket blir högre.

Exempel på Boyle's Law in Life

Du har förmodligen varit väl bekant med Boyle's lag under större delen av ditt liv utan att inse det. Vi upplever exempel på denna lag regelbundet. Det första exemplet är ganska vanligt, förutsatt att du har fyllt ett däck med luft tidigare.

Generellt fyller du ett däck med någonstans mellan 30 och 35 PSI (pund per kvadrat tum) tryckluft. Detta är ett mått på tryck . När du lägger mer och mer luft i däcket tvingar du alla gasmolekyler att packas ihop, minska deras volym och öka trycket på däckets väggar. Så länge lufttemperaturen förblir densamma, upplever du ett verkligt exempel på denna lag.

Andra exempel inkluderar:

Real-World Applications of Boyle's Law

  1. Sprayfärg
  2. Sprutan
  3. Soda kan
  4. Krökarna

Läs vidare för beskrivningar av ovanstående exempel.

Spraymål använder en verklig tillämpning av Boyles lag för att arbeta med sin magi. |

1. Sprayfärg

Medan det finns ett par olika typer av aerosolburkar, vissa är lite mer detaljerade än andra, litar de alla på samma grundprincip: Boyle's law.

Innan du sprayar en burk färg, ska du skaka upp den ett tag medan ett kullager skaller runt inuti. Det finns två ämnen i burk: en är din produkt (till exempel färg), och den andra är en gas som kan trycksättas så mycket att den behåller ett flytande tillstånd, även när det värms förbi kokpunkten.

Denna flytande gas har en kokpunkt långt under rumstemperatur. Eftersom burken är tätad förhindras gasen från att koka och förvandlas till en gas. Det vill säga tills du trycker ner munstycket.

I det ögonblick munstycket på en spraymaling kan gå ner, bryts tätningen och drivmedlet kokar omedelbart, expanderar till en gas och skjuter ner färgen. Under högtrycket tvingas färgen ur munstycket när den försöker nå ett område med lägre tryck.

Sprutan är ett läroboksexempel på Boyles lag i aktion. |

2. Sprutan

Denna mekanism är mycket enklare än en burk med sprayfärg. Sprutor av alla slag använder Boyle's lag på en mycket grundläggande nivå.

När du drar ut kolven på en spruta, får den volymen i kammaren att öka. Som vi vet orsakar detta trycket motsatsen, vilket sedan skapar ett vakuum. När en spruta är tom suger vakuumet in i kammaren vätska in genom nålen.

Kolsyra är det som gör läsk så läckra. Boyle's lag ansvarar för att spruta den över hela din bil. |

3. Soda Can eller flaskan

Vanligtvis när vi öppnar en flaska soda, vrider vi långsamt locket så att luften fly ut innan vi tar bort locket helt. Vi gör det för att vi med tiden har lärt oss att att vrida den för snabbt får den att svimma upp och spill överallt. Detta händer på grund av att vätskan pumpas full av koldioxid, vilket får den att bubbla upp när CO 2 gör sitt utrymme.

När en läskflaska är fylld, trycksätts den också. Precis som aerosolen kan nämnas tidigare, när du långsamt öppnar locket, kan gasen öka sin volym och trycket minskar.

Normalt kan du låta gasen ur en burk eller flaskan släppa ut rent, men om flaskan skakas upp och gasen blandas i vätskan, kan du ha ett rör på händerna. Detta beror på att gasen som försöker rymma blandas in i vätskan, så när den flyr ut, kommer den med den skummiga vätskan ut. Trycket i flaskan sjunker, gasens volym ökar, och du har själv en röra att rensa upp.

"Krökarna" är ett livshotande tillstånd som orsakas när dykare inte respekterar hotet från Boyles lag. |

4. Böjningarna

Varje ordentligt tränad dykare som vet när de stiger upp från djupa vatten är en långsam uppstigning avgörande. Våra kroppar är byggda för och vana att leva i det normala trycket i vår lägre atmosfär. När en dykare går djupare under vattnet börjar trycket öka. Vattnet är trots allt tungt. Med det ökande trycket som orsakar en minskning i volym bör kvävegaserna absorberas av dykarens blod.

När dykaren börjar sin uppstigning och trycket minskas börjar dessa gasmolekyler att expanderas tillbaka till sin normala volym. Med en långsam uppstigning eller genom användning av en tryckavlastningskammare kan dessa gaser arbeta sig långsamt och normalt tillbaka ur blodomloppet. Men om dykaren stiger upp för snabbt blir blodet i deras försvinnande en skummig röra. Samma sak som händer med en skummig läsk är vad som händer med en dykares blodomlopp under krökningarna. Dessutom kommer allt uppbyggt kväve mellan dykarens leder att också expanderas, vilket får dykaren att böja sig över (därav dess namn) i svår smärta. I de värsta fallen kan denna plötsliga depressurisering av kroppen döda en person direkt.

Den kartesiska dykaren: Bygg ditt eget exempel på Boyle's Law

Nu har du antingen en grundläggande förståelse av Boyle's lag och hur den kan tillämpas på den verkliga världen, eller så är du plötsligt rädd att simma.

Hur som helst, detta sista exempel på Boyle's lag i handling är något du kan bygga själv! Först behöver du en liten lista med leveranser:

Supplies

  • En transparent 2-litersflaska
  • En liten glaskropp
  • Vatten

När du har lyckats samla dessa leveranser följer du stegen nedan.

Hur man bygger en kartesisk dykare

  1. Tillsätt vatten tills 2-litersflaskan är full.
  2. Ta din pipett, "dykaren", och fyll den med precis tillräckligt med vatten så att toppen av dropparen bara är flytande nog att flyta ovanpå vattnet.
  3. Sätt på locket på 2-litersflaskan. Det måste vara lufttätt!
  4. Pressa flaskan.
  5. Observera.

Om du framgångsrikt har följt instruktionerna bör din kartesiska dykare dyka till botten när du pressar flaskan. Det är Boyle's lag i aktion!

När du pressar inåt minskar du flaskans volym. Som vi vet ökar denna volymminskning trycket.

Denna ökning av trycket pressar mot vattnet och tvingar mer vatten upp i pipetten. Detta ytterligare vatten minskar dykarens flytkraft, vilket gör att den "dyker" till botten. Sluta klämma på flaskan, så kommer din dykare att stiga tillbaka till vattenytan.

DIY Cartesian Diver (Video)

Vad är den ideala gaslagen?

Eftersom det är svårt att exakt beskriva en riktig gas skapade forskare konceptet med en idealisk gas. Den ideala gaslagen hänvisar till en hypotetisk gas som följer reglerna nedan:

  1. Idealiska gasmolekyler lockar inte eller stöter varandra. Den enda växelverkan mellan ideala gasmolekyler skulle vara en elastisk kollision med varandra eller med behållarens väggar.
  2. Idealiska gasmolekyler tar inte upp någon volym. Medan gasen tar upp volym anses de ideala gasmolekylerna vara punktpartiklar som inte har någon volym.

Det finns inga gaser som är exakt ideala, men det finns många som är nära. Därför är den ideala gaslagen extremt användbar när den används som en tillnärmning i många situationer. Den ideala gaslagen erhålls genom att kombinera Boyle's lag, Charles lag och Gay-Lussac's Law, tre av de viktigaste gaslagarna.

Vad är Charles lag?

Charles lag, eller volymlagen, upptäcktes 1787 av Jaques Charles och säger att för en massa av en idealisk gas vid konstant tryck är volymen direkt proportionell mot dess absoluta temperatur. Detta betyder att när temperaturen på en gas ökar så ökar dess volym.

V / T = k

Ekvationen för Charles lag är skriven ovan, med (V) som representerar volym, (T) som representerar temperatur och (k) som representerar en konstant.

Vad är Gay-Lussacs lag?

Gay Lussacs lag, eller trycklagen, upptäcktes av Joseph Louis Gay-Lussac 1809 och säger att för en given massa och konstant volym av en idealisk gas är trycket som utövas på sidorna av behållaren direkt proportionellt till dess absoluta temperatur. Detta betyder att tryck indikerar temperatur.

P / T = k

Ekvationen av Guy Lussacs lag är skriven ovan, med (P) som representerar tryck, (T) som representerar temperatur och (k) representerar en konstant.

Porträtt av Robert Boyle. |

Hur förhåller sig Boyle's lag till andning?

När det gäller effekterna av Boyle's lag på kroppen, gäller gaslagen specifikt på lungorna.

När en person andas in ökar lungvolymen och trycket inuti minskar. Eftersom luft alltid rör sig från områden med högt tryck till områden med lågt tryck, dras luft in i lungorna.

Det motsatta händer när en person andas ut. Eftersom lungvolymen minskar ökar trycket inuti och tvingar luften ut från lungorna till det lägre tryckluften utanför kroppen.

Vilka är de två stadierna i andningsprocessen?

Andningsprocessen, ibland kallad andning, kan helt enkelt delas upp i två steg: inandning och utandning.

Inandning

Under inandning, även kallad inspiration, tränger membranet ihop och drar nedåt och musklerna mellan revbenen drar sig och drar uppåt, ökar volymen i lungrummet och minskar trycket inuti. Som ett resultat rusar luften in för att fylla lungorna.

Utandning

Under utandning, även kallad expiration, slappnar membranet av och volymen av lunghålan minskar medan trycket inom detta ökar. Som ett resultat tvingas luft ut.

Hur vet du när du ska andas?

Andning kontrolleras av en andningsskyddscentral vid hjärnans bas. Detta centrum skickar signaler ner i ryggraden som säkerställer att andningsmusklerna i lungorna dras samman och slappnar av regelbundet.

Din andning kan förändras beroende på hur aktiv du är, liksom på luftens tillstånd. Andra faktorer som kan påverka din andning inkluderar dina känslor eller medvetna åtgärder som att hålla andetaget.

Ett sista ord

Jag lämnade en viss tillämpning av Boyle lag från denna lista som används mycket mer än något av ovanstående exempel. Detta system drivs direkt av reglerna i Boyle's lag, och är en enhet du använder varje dag, var du än går.

Vad är det? Kommentera ditt svar nedan!