Lo studio della dipendenza tra i parametri che caratterizzano lo stato di una data massa di gas, iniziamo con lo studio dei processi gassosi che avvengono con l'invarianza di uno dei parametri. scienziato inglese Boyle(nel 1669) e scienziato francese marriott(nel 1676) scoprì una legge che esprime la dipendenza di una variazione di pressione da una variazione di volume di un gas a temperatura costante. Facciamo il seguente esperimento.

Ruotando la maniglia, cambieremo il volume di gas (aria) nel cilindro A (Fig. 11, a). Secondo il manometro, notiamo che cambia anche la pressione del gas. Cambieremo il volume di gas nel recipiente (il volume è determinato su una scala B) e, notando la pressione, li trascriveremo in Tabella. 1. Da esso si può vedere che il prodotto del volume del gas e della sua pressione era quasi costante: quante volte "il volume del gas diminuiva, la sua pressione aumentava della stessa quantità.

Come risultato di esperimenti simili e più accurati, è stato scoperto: per una data massa di gas a temperatura costante, la pressione del gas cambia in proporzione inversa alla variazione del volume del gas. Questa è la formulazione della legge di Boyle-Mariotte. Matematicamente, per due stati sarà scritto come segue:

Viene chiamato il processo di modifica dello stato di un gas a temperatura costante isotermico. La formula della legge di Boyle-Mariotte è l'equazione dello stato isotermico di un gas. A temperatura costante, la velocità media delle molecole non cambia. Una variazione del volume di un gas provoca una variazione del numero di colpi delle molecole contro le pareti del recipiente. Questo è il motivo della variazione della pressione del gas.

Descriviamo graficamente questo processo, ad esempio, per il caso V = 12 l, p = 1 a.. Tracceremo il volume del gas sull'asse delle ascisse e la sua pressione sull'asse delle ordinate (Fig. 11, b). Troviamo i punti corrispondenti a ciascuna coppia di valori V e p e, collegandoli tra loro, otteniamo un grafico del processo isotermico. La linea che rappresenta la relazione tra il volume e la pressione di un gas a temperatura costante è chiamata isoterma. Non si verificano processi isotermici nella loro forma pura. Ma ci sono casi in cui la temperatura del gas cambia poco, ad esempio quando l'aria viene pompata nei cilindri da un compressore, quando una miscela combustibile viene immessa nel cilindro di un motore a combustione interna. In questi casi, i calcoli del volume e della pressione del gas vengono effettuati secondo la legge di Boyle-Mariotte*.

Legge di Boyle-Mariotte (Isoterma), una delle leggi di base dei gas, che descrive i processi isotermici nei gas ideali. Fu fondato dagli scienziati R. Boyle nel 1662 ed E. Mariotte nel 1676 indipendentemente l'uno dall'altro durante uno studio sperimentale sulla dipendenza della pressione del gas dal suo volume a temperatura costante.

Secondo la legge di Boyle-Mariotte a temperatura costante (T=const), il volume (V) di una data massa (m) di un gas ideale è inversamente proporzionale alla sua pressione (p):

pV = cost = C a T=cost e m=cost

La costante C è proporzionale alla massa del gas (numero di moli) e alla sua temperatura assoluta. In altre parole: il prodotto del volume di una data massa di un gas ideale e la sua pressione è costante a temperatura costante. Legge di Boyle - Mariotte viene eseguita rigorosamente per un gas ideale. Per i gas reali, la legge di Boyle-Mariotte è soddisfatta approssimativamente. Quasi tutti i gas si comportano come gas ideali a pressioni non troppo elevate e temperature non troppo basse.

La legge di Boyle - Mariotte deriva dalla teoria cinetica dei gas, quando si assume che le dimensioni delle molecole siano trascurabilmente piccole rispetto alla distanza tra loro e non vi sia interazione intermolecolare. Ad alte pressioni è necessario introdurre correzioni per le forze di attrazione tra le molecole e per il volume delle molecole stesse. Come l'equazione di Claiperon, la legge di Boyle-Mariotte descrive il caso limite del comportamento di un gas reale, descritto più accuratamente dall'equazione di van der Waals. L'applicazione della legge può essere osservata approssimativamente nel processo di compressione dell'aria da parte di un compressore o come risultato dell'espansione del gas sotto il pistone di una pompa quando lo si pompa fuori da un recipiente.

Un processo termodinamico che si verifica a temperatura costante è chiamato processo isotermico. La sua immagine sul grafico (Fig. 1) è chiamata isoterma.

Fig. 1

Legge di Gay-Lussac. Isobara

Lo scienziato francese J. Gay-Lussac nel 1802 scoprì sperimentalmente la dipendenza del volume del gas dalla temperatura a pressione costante. I dati sono alla base della legge sul gas di Gay-Lussac.

La formulazione della legge di Gay-Lussac è la seguente: per una data massa di gas, il rapporto tra il volume del gas e la sua temperatura è costante se la pressione del gas non cambia. Questa relazione è matematicamente scritta come segue:

V/T=cost se P=cost e m=cost

Questa legge può essere osservata approssimativamente quando il gas si espande quando viene riscaldato in un cilindro con un pistone mobile. La pressione costante nel cilindro è fornita dalla pressione atmosferica sulla superficie esterna del pistone. Un'altra manifestazione della legge di Gay-Lussac in azione è la mongolfiera. La legge di Gay-Lussac non viene rispettata a basse temperature prossime alla temperatura di liquefazione (condensazione) dei gas.

La legge vale per un gas ideale. Si comporta bene per i gas rarefatti, che sono vicini all'ideale nelle loro proprietà. La temperatura del gas deve essere sufficientemente alta.

Graficamente, questa dipendenza nelle coordinate V-T è rappresentata come una linea retta che esce dal punto Т=0. Questa linea è chiamata isobara. Pressioni diverse corrispondono a isobare diverse. Il processo di modifica dello stato di un sistema termodinamico a pressione costante è chiamato isobarico (Fig. 2 grafico del processo isobarico).

Fig.2

legge di Carlo. Isocora

Lo scienziato francese J. Charles nel 1787 scoprì sperimentalmente la dipendenza della pressione del gas dalla temperatura a volume costante. I dati sono al centro della legge sui gas di Charles.

La formulazione della legge di Charles è la seguente: per una data massa di gas, il rapporto tra la pressione del gas e la sua temperatura è costante se il volume del gas non cambia. Questa relazione è matematicamente scritta come segue:

P/T=cost se V=cost e m=cost

Questa legge può essere osservata approssimativamente quando c'è un aumento della pressione del gas in qualsiasi contenitore o in una lampadina quando riscaldata. Il processo isocoro viene utilizzato nei termometri a gas a volume costante. La legge di Charles non viene rispettata a basse temperature prossime alla temperatura di liquefazione (condensazione) dei gas.

La legge vale per un gas ideale. Si comporta bene per i gas rarefatti, che sono vicini all'ideale nelle loro proprietà. La temperatura del gas deve essere sufficientemente alta. Il processo deve essere molto lento.

Graficamente, questa dipendenza in coordinate P-T è rappresentata come una retta che esce dal punto Т=0. Questa linea è chiamata isocore. Volumi diversi corrispondono a isocore diverse. Il processo di modifica dello stato di un sistema termodinamico a volume costante è chiamato isocoro. Fig.3 (grafico del processo isocoro).

A temperatura costante, il volume occupato da un gas è inversamente proporzionale alla sua pressione.

Robert Boyle è un vivido esempio di scienziato gentiluomo, figlio di un'epoca passata, quando la scienza era riservata a persone esclusivamente ricche che dedicavano il loro tempo libero a studiarla. La maggior parte della ricerca di Boyle appartiene alla categoria degli esperimenti chimici secondo la moderna classificazione, anche se probabilmente si considerava filosofo naturale(un fisico teorico) e naturalista(fisico sperimentale). Apparentemente, si interessò al comportamento dei gas dopo aver visto il progetto di una delle prime pompe ad aria al mondo. Dopo aver progettato e costruito un'altra versione migliorata della sua pompa aria-vuoto a due vie, decise di indagare su come l'aumento e la diminuzione della pressione di un gas in un recipiente sigillato, a cui era collegato il suo nuovo apparato, influisca sulle proprietà dei gas. Essendo uno sperimentatore di talento, Boyle allo stesso tempo aderì a visioni molto nuove e insolite per quell'epoca, credendo che la scienza dovesse derivare da osservazioni empiriche e non basarsi esclusivamente su costruzioni speculative e filosofiche.

Nella formulazione di Boyle, la legge suonava letteralmente così: "Sotto l'influenza di una forza esterna, il gas è compresso elasticamente e in sua assenza si espande, mentre la compressione o espansione lineare è proporzionale alla forza elastica del gas". Immagina di schiacciare un palloncino gonfiato. Poiché c'è abbastanza spazio libero tra le molecole d'aria, puoi facilmente, con una certa forza e un po' di lavoro, comprimere il palloncino, riducendo il volume di gas al suo interno. Questa è una delle principali differenze tra un gas e un liquido. In una palla d'acqua liquida, per esempio, le molecole sono ben stipate, come se la palla fosse riempita con palline microscopiche. Pertanto, l'acqua non si presta, a differenza dell'aria, alla compressione elastica. (Se non mi credi, prova a spingere un tappo di sughero aderente all'interno del collo di una bottiglia piena d'acqua fino al tappo.) La legge di Boyle, insieme alla legge di Charles, costituiva la base dell'equazione di stato dei gas ideali.

J. Trefil la chiama "legge di Boyle", ma abbiamo preferito il nome della legge accettato nella tradizione russa. — Nota. traduttore.

Guarda anche:

Robert Boyle, 1627-91

Fisico e chimico anglo-irlandese. Nato nel castello di Lismore, in Irlanda, quattordicesimo figlio del conte di Cork, famoso avventuriero dell'era della regina Elisabetta. Dopo essersi diplomato alla privilegiata Eton School, dove è stato uno dei primi studenti tra i "giovani gentiluomini", ha intrapreso un lungo viaggio attraverso l'Europa continentale, durante il quale ha proseguito gli studi all'Università di Ginevra. Ritornato in patria nel 1648, attrezzò un laboratorio privato e si dedicò alla ricerca fisica e chimica sulle sue basi. Nel 1658 si trasferì a Oxford, dove Robert Hooke divenne suo studente e assistente di laboratorio ( centimetro. Hooke's Law), futuro segretario scientifico della Royal Society. A proposito, Boyle è stato uno dei fondatori e co-fondatori della Royal Society, nata da una cerchia di giovani scienziati di Oxford. Ha condotto una serie di esperimenti chimici pionieristici, inclusi esperimenti sullo studio dettagliato delle proprietà di acidi e basi. Secondo alcuni rapporti, sarebbe stato il primo a formulare un'ipotesi sull'esistenza di elementi chimici. Ha dimostrato che l'aria è necessaria per la combustione e la respirazione. Oltre ai suoi studi in scienze, fu co-fondatore e azionista della Compagnia delle Indie Orientali e fu attivamente impegnato nel lavoro missionario nella speranza di convertire al cristianesimo gli abitanti delle colonie orientali dell'Impero Britannico.

LEGGE DI BOYLE-MARIOTTE

LEGGE DI BOYLE-MARIOTTE, la legge secondo la quale il volume di un gas a temperatura costante è inversamente proporzionale alla pressione. Ciò significa che all'aumentare della pressione, il volume del gas diminuisce. Questa legge fu formulata per la prima volta nel 1662 da Robert BOYLE. Dal momento che lo scienziato francese MARIOTT è stato coinvolto anche nella sua creazione, in paesi diversi dall'Inghilterra, questa legge è chiamata doppio nome. È un caso speciale della LEGGE DEL GAS IDEALE (che descrive un gas ipotetico che obbedisce idealmente a tutte le leggi del comportamento del gas).

Quando una certa quantità di gas viene compressa, la sua pressione aumenta al diminuire del volume. La legge di Boyle-Mariotte afferma che a qualsiasi temperatura, il prodotto di pressione e volume rimane lo stesso sia in contrazione che in espansione. Il grafico-pesce mostra questi rapporti. Un gas che obbedisce esattamente a questa legge, chiamato gas ideale, può essere rappresentato come un insieme di particelle infinitamente piccole e perfettamente elastiche che entrano in collisione tra loro (come cuscinetti a sfera d'acciaio). Designazioni: P - pressione, V-volume, T), Tj, Tz, ecc. - temperature diverse (numeri più alti corrispondono a temperature più elevate).

Dizionario enciclopedico scientifico e tecnico.

Guarda cos'è la "LEGGE BOYLE-MARIOTTE" in altri dizionari:

L'aria (o gas inerte) in un sacchetto sigillato di biscotti si espande quando il prodotto viene portato ad un'altezza significativa sul livello del mare (circa 2000 m) La legge di Boyle Mariotte è una delle principali leggi sui gas ... Wikipedia

La legge di Mariotte di Boyle è una delle leggi fondamentali del gas. La legge prende il nome dal fisico, chimico e filosofo irlandese Robert Boyle (1627 1691), che la scoprì nel 1662, e anche in onore del fisico francese Edme Mariotte (1620 1684), che scoprì ... ... Wikipedia

LA LEGGE DI BOYLE DI MARIOTTE- una delle principali leggi del gas, secondo la quale a temperatura costante T per una data massa m ideale (vedi) il prodotto della pressione p e il volume V occupato da esso è un valore costante: pV \u003d const ... Grande Enciclopedia del Politecnico

legge boyle-mariotte- Boilio ir Marioto dėsnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Idealiųjų dujų dėsnis: suslėgtų dujų slėgio ir tūrio sandauga, kai temperatūra pastovi, nekinta, t. y. PV = cost. Realiosioms dujoms galioja tik apytiksliai… … Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

legge boyle-mariotte- Boilio ir Marioto dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. legge Boyle e Mariotte; Boyle Mariotte legge vok. Boyle Mariottesches Gesetz, n rus. La legge di Boyle Mariotte, m pranc. loi de Boyle Mariotte, f … Fizikos terminų žodynas

Legge Boyle-Mariotte e Gay-Lussac- Boilio, Marioto ir Gei Liusako dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. legge di Boyle Charles; Boyle Gay Lussac legge vok. Boyle Charlessches Gesetz, n. Boyle Mariotte Gay Lussacsches Gesetz, n rus. La legge di Boyle di Mariotte e Gay Lussac, m pranc ... Fizikos terminų žodynas

La legge relativa alle variazioni del volume di un gas a temperatura costante con le variazioni della sua elasticità. Questa legge, scoperta nel 1660, dall'Ing. fisico Boyle e poi, ma, indipendentemente da lui, Mariotte in Francia, nella sua semplicità e certezza... ... Dizionario Enciclopedico F.A. Brockhaus e I.A. Efron

legge Boyle Marriott- Legge di Boyle e di Mariotte Legge di Boyle e di Mariotte * Boyle Mariottesches Gesetz - la legge dei gas ideali, zgidno con una sorta di pressione sul volume della massa naturale di un tale gas a temperature dell'acciaio, il valore è diventato: (pV) t \ u003d cost. Ai confini del canto ... ... Dizionario enciclopedico Girnichiy

Equazione di Stato L'articolo fa parte della serie Termodinamica. Equazione di stato per un gas ideale Equazione di Van der Waals Equazione di Dieterich Sezioni di termodinamica Inizi della termodinamica Equazione ... Wikipedia

Legge di Boyle Mariotte: il prodotto del volume di una data massa di un gas ideale e la sua pressione è costante a temperatura costante; stabilito indipendentemente da R. Boyle (1662) e E. Mariotte (1676). * * * BOYLE MARIOTTE LAW BOYLE MARIOTTE LAW, uno dei… … dizionario enciclopedico

Libri

• Una serie di tavoli. Fisica. Teoria cinetica molecolare (10 tabelle), . Album didattico di 10 fogli. Moto browniano. Diffusione. Stati aggregati dei corpi. Esperienza severa. Scale di temperatura. La pressione di un gas ideale. Legge Boyle-Mariotte. Legge di Gay-Lussac. Legge…

La legge è formulata come segue: il prodotto del volume di una data massa di gas e la sua pressione a temperatura costante è un valore costante. Matematicamente, questa legge può essere scritta come segue:

P 1 V 1 = P 2 V 2 o PV = cost(1)

Le conseguenze derivano dalla legge di Boyle-Mariotte: la densità e la concentrazione di un gas a temperatura costante sono direttamente proporzionali alla pressione alla quale il gas è:

(2);
(3) ,

dove D 1 - densità, C 1 - concentrazione di gas sotto pressione P 1; D 2 e C 2 sono i valori corrispondenti sotto pressione P 2 .

Esempio 1 Una bombola di gas con una capacità di 0,02 m 3 contiene gas ad una pressione di 20 atm. Quale volume occuperà il gas se, senza modificarne la temperatura, si apre la valvola della bombola? Pressione finale 1 atm.

Esempio 2 L'aria compressa viene fornita al serbatoio del gas (serbatoio di raccolta del gas) con un volume di 10 m 3 . Quanto tempo ci vorrà per pomparlo fino a una pressione di 15 atm se il compressore aspira 5,5 m 3 di aria atmosferica al minuto a una pressione di 1 atm. Si presume che la temperatura sia costante.

Esempio 3 112 g di azoto ad una pressione di 4 atm occupano un volume di 20 litri. Quale pressione si deve applicare per portare la concentrazione di azoto a 0,5 mol/l, a condizione che la temperatura rimanga invariata?

1.1.2 Leggi di Gay-Lussac e Charles

Gay-Lussac ha scoperto che a pressione costante, quando la temperatura aumenta di 1°C, il volume di una data massa di gas aumenta di 1/273 del suo volume a 0°C.

Matematicamente, questa legge è scritta:

(4) ,

dove V- volume di gas alla temperatura t°С, a V 0 – volume di gas a 0°C.

Charles ha mostrato che la pressione di una data massa di gas quando riscaldata di 1°C a volume costante aumenta di 1/273 della pressione che il gas ha a 0°C. Matematicamente, questa legge è scritta come segue:

(5) ,

dove P 0 e P sono pressioni del gas a temperature rispettivamente di 0С e tС.

Quando si sostituisce la scala Celsius con la scala Kelvin, la cui relazione è stabilita dalla relazione T = 273 + T, le formule delle leggi di Gay-Lussac e di Charles sono molto semplificate.

Legge di Gay-Lussac: A pressione costante, il volume di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta:

(6) .

Legge di Carlo: a volume costante, la pressione di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta:

(7) .

Dalle leggi di Gay-Lussac e Charles segue che a pressione costante la densità e la concentrazione di un gas sono inversamente proporzionali alla sua temperatura assoluta:

(8) ,
(9) .

dove D 1 e C 1 - densità e concentrazione del gas a temperatura assoluta T 1, D 2 e C 2 - valori corrispondenti a temperatura assoluta T 2 .

Esempio 4 A 20ºC, il volume del gas è di 20,4 ml. Quale volume occuperà il gas quando viene raffreddato a 0°C se la pressione rimane costante?

Notaep 5. A 9°C, la pressione all'interno della bombola di ossigeno era di 94 atm. Calcolare di quanto aumenta la pressione nel pallone se la temperatura sale a 27ºС?

Esempio 6 Densità del cloro gassoso a 0ºС e una pressione di 760 mm Hg. Arte. pari a 3.220 g/l. Trova la densità del cloro, prendendolo come gas ideale, a 27°C alla stessa pressione.

Esempio 7 In condizioni normali, la concentrazione di monossido di carbonio è 0,03 kmol/m 3 . Calcolare a quale temperatura la massa di 10 m 3 di monossido di carbonio sarà pari a 7 kg?

La legge combinata Boyle-Mariotte-Charles-Gay-Lussac.

La formulazione di questa legge: per una data massa di gas, il prodotto di pressione e volume, diviso per la temperatura assoluta, è costante per tutte le variazioni che avvengono con il gas. Notazione matematica:

(10)

dove V 1 è il volume e P 1 è la pressione di una data massa di gas a temperatura assoluta T 1 , V2 - volume e P 2 - pressione della stessa massa di gas a temperatura assoluta T 2 .

Una delle applicazioni più importanti della legge unificata dello stato gassoso è "ridurre il volume di un gas a condizioni normali".

Esempio 8 Gas a 15°C e pressione di 760 mm Hg. Arte. occupa un volume di 2 litri. Portare il volume del gas in condizioni normali.

Per facilitare tali calcoli, è possibile utilizzare i fattori di conversione riportati nelle tabelle.

Esempio 9 Nel gasometro sopra l'acqua ci sono 7,4 litri di ossigeno a una temperatura di 23 ° C e una pressione di 781 mm Hg. Arte. La pressione del vapore acqueo a questa temperatura è di 21 mm Hg. Arte. Qual è il volume di ossigeno nel gasometro in condizioni normali?