BOYLE-MARIOTTE YASASI: TARIH, IFADE, ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Boyle-Mariotte yasası ile ya da bir gaz ile uygulanan basınç arasındaki ilişkiyi ifade eden bir ve onun işgal ettiği hacmi olduğu; hem gazın sıcaklığını hem de miktarını (mol sayısı) sabit tutmak.

Bu yasa, Charles, Gay-Lussac, Charles ve Avogadro'nun yasalarıyla birlikte, ideal bir gazın davranışını tanımlar; özellikle, mekanik bir kuvvetin uyguladığı hacim değişikliklerine maruz kalan kapalı bir kapta.

Kabın hacmini azaltarak basıncı artırın. Kaynak: Gabriel Bolívar

Yukarıdaki görüntü Boyle-Mariotte yasasını kısaca özetlemektedir.

Mor noktalar, kabın iç duvarlarıyla (solda) çarpışan gaz moleküllerini veya atomları temsil eder. Bu gazın kapladığı kapta mevcut alan veya hacim azaldıkça, çarpışmalar artar ve bu da basınçta bir artışa dönüşür (sağda).

Bu, eğer kap hava geçirmez bir şekilde kapalıysa, gazın basıncı P ve hacmi V'nin ters orantılı olduğunu gösterir; aksi takdirde, daha yüksek bir basınç, kabın daha büyük bir genişlemesine eşit olacaktır.

Sırasıyla Y ve X eksenlerindeki V ve P verileriyle P'ye karşı bir V grafiği yapılırsa, asimptotik bir eğri gözlemlenir. V ne kadar küçükse, P'deki artış o kadar büyüktür; yani, eğri X eksenindeki yüksek P değerlerine doğru uzanacaktır.

Elbette sıcaklık sabit kalır; ancak aynı deney farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilseydi, bu V-P eğrilerinin göreli konumları Kartezyen ekseninde değişecekti. Z ekseninde T sabitiyle, üç boyutlu bir eksende çizildiğinde değişiklik daha da belirgin olacaktır.

Boyle Yasasının Tarihi

Arka fon

Bilim adamı Galileo Galilei, bir vakumun varlığına olan inancını ifade ettiğinden (1638), bilim adamları havanın ve kısmi boşlukların özelliklerini incelemeye başladılar.

İngiliz-İrlandalı kimyager Robert Boyle, 1638 yılında Alman mühendis ve fizikçi Otto von Guericke'nin bir hava pompası yaptığını öğrendikten sonra havanın özelliklerini incelemeye başladı.

Cıva deneyi

Boyle, hava basıncı çalışmalarını yürütmek için, yapımını Boyle'un asistanı Robert Hooke'a atfedilen "J" şeklinde bir cam tüp kullandı. Kısa kolun ucu kapatılırken, tüpün uzun kolunun ucu cıvayı yerleştirmek için açıktı.

Boyle başından beri havanın esnekliğini niteliksel ve niceliksel olarak incelemek istedi. Boyle, "J" tüpünün açık ucundan cıva dökerek, tüpün kısa kolundaki havanın cıva basıncı altında büzüldüğünü çıkardı.

Sonuçlar

Tüpe eklenen cıva miktarı ne kadar fazla olursa, havaya uygulanan basınç o kadar büyük ve hacmi o kadar küçük olur. Boyle, basıncın bir fonksiyonu olarak negatif üstel tipte bir hava hacmi grafiği elde etti.

Bu arada, hava hacmi basıncın tersine göre çizilirse, pozitif eğimli düz bir çizgimiz olur.

1662'de Boyle, iki değişkenin işlevsel bağımlılığını gösteren bir denklem şeklinde verilen ilk fiziksel yasayı yayınladı. Bu durumda basınç ve hacim.

Boyle, bir gaza uygulanan basınç ile gazın kapladığı hacim arasında ters bir ilişki olduğunu, bu ilişkinin gerçek gazlar için nispeten doğru olduğunu belirtti. Çoğu gaz, orta sıcaklık ve basınçlarda ideal gazlar gibi davranır.

Daha yüksek basınçlar ve daha düşük sıcaklıklar meydana geldikçe, gerçek gazların davranışlarındaki ideallerden sapmalar daha belirgin hale geldi.

Edme mariotte

Fransız fizikçi Edme Mariotte (1620-1684), 1679'da bağımsız olarak aynı yasayı keşfetti. Ancak, hacmin sıcaklığa göre değiştiğini gösterme hakkına sahipti. Mariotte Yasası veya Boyle ve Mariotte Yasası olarak adlandırılmasının nedeni budur.

Kanunun güçlendirilmesi

Daniel Bernoulli (1737), Boyle Yasasını, bir gazın basıncının, gaz parçacıklarının onu içeren kabın duvarlarına çarpmasıyla oluştuğuna işaret ederek güçlendirdi.

1845'te John Waterston, gazların kinetik teorisinin ana ilkelerine odaklandığı bilimsel bir makale yayınladı.

Daha sonra Rudolf Clausius, James Maxwell ve Ludqwig Boltzmann, bir gazın uyguladığı basıncı hareket halindeki gaz parçacıklarının hızıyla ilişkilendiren kinetik gaz teorisini pekiştirdiler.

Bir gazı içeren kabın hacmi ne kadar küçükse, onu oluşturan parçacıkların kabın duvarlarına çarpma sıklığı o kadar büyüktür; ve bu nedenle, gazın uyguladığı basınç o kadar büyük olur.

Bu yasa ne hakkında?

Boyle tarafından yapılan deneyler, bir gazın kapladığı hacim ile üzerine uygulanan basınç arasında ters bir ilişki olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, Boyle'ye atfedilen basıncın bir fonksiyonu olarak hacim değişiminin bir grafiğiyle gösterildiği gibi, belirtilen ilişki tamamen doğrusal değildir.

Boyle Yasası, bir gazın kapladığı hacmin basınçla ters orantılı olduğunu belirtir. Bir gazın basıncının ürününün ve hacminin sabit olduğu da belirtilir.

Matematiksel ifade

Boyle-Mariotte yasasının matematiksel ifadesine ulaşmak için şundan başlıyoruz:

V ∝ 1 / P

Bir gazın kapladığı hacmin basıncıyla ters orantılı olduğunu gösterir. Bununla birlikte, bu ilişkinin ne kadar ters orantılı olduğunu belirleyen bir sabit vardır.

V = k / P

Burada k orantılılığın sabitidir. K için çözüyoruz:

VP = k

Bir gazın basıncının ve hacminin çarpımı sabittir. Yani:

V ₁ P ₁ = k ve V ₂ P ₂ = k

Ve bundan çıkarılabilir ki:

V ₁ P ₁ = V ₂ P ₂

İkincisi, Boyle yasasının son ifadesi veya denklemidir.

Bu ne için? Boyle yasası hangi sorunları çözer?

Buharlı motorlar

Buharlı tren. Kaynak: Pixabay.

Boyle-Mariotte Yasası, buhar makinelerinin çalıştırılmasında uygulanır. Bir miktar suyun termal enerjisinin mekanik enerjiye dönüştürülmesini kullanan dıştan yanmalı bir motordur.

Su, hermetik olarak kapatılmış bir kazanda ısıtılır ve üretilen buhar, bir pistonu iterek bir silindirin hacim genişlemesini üreten Boyle-Mariote yasasına göre bir basınç uygular.

Pistonun doğrusal hareketi, bir lokomotifin tekerleklerini veya bir elektrik jeneratörünün rotorunu hareket ettirebilen bir bağlantı çubuğu ve krank sistemi kullanılarak bir dönme hareketine dönüştürülür.

Şu anda alternatif buhar motoru, ulaşım araçlarında elektrik motoru ve içten yanmalı motor tarafından değiştirildiği için az kullanılan bir motordur.

İçecekleri yudumlayın

Bir şişeden bir meşrubat veya meyve suyunu plastik bir tüpten emme eylemi Boyle-Mariotte yasası ile ilgilidir. Ağız yoluyla tüpten hava emildiğinde, tüp içindeki basınçta bir azalma olur.

Bu basınç düşüşü, tüp içindeki sıvının yukarı doğru hareketini kolaylaştırarak yutulmasına izin verir. Aynı ilke, bir şırınga kullanarak kan çekmede de işe yarar.

Solunum sistemi

Solunum sistemi. Kaynak: Pixabay

Boyle-Mariotte yasası, solunum sisteminin işleyişi ile yakından ilgilidir. İnspirasyon aşamasında diyafram ve diğer kaslar kasılır; örneğin, göğüs kafesinin genişlemesini sağlayan dış interkostallar.

Bu, intraplevral basınçta bir azalmaya neden olarak akciğer hacminde bir artışa neden olan bir akciğer genişlemesine neden olur. Bu nedenle intrapulmoner basınç Boyle-Mariotte yasasına göre azalır.

Akciğer içi basınç atmosfer altı hale geldikçe, atmosferik hava akciğerlere akar ve bu da akciğerlerde basınç artışına neden olur; böylece basıncını atmosferik basınca eşitler ve inspirasyon aşamasını sonlandırır.

Ardından inspiratuar kaslar gevşer ve ekspiratuar kaslar kasılır. Ek olarak, Boyle-Mariotte yasası ile açıklanan, akciğer hacminde düşüşe neden olan ve bunun sonucunda intrapulmoner basınçta artışa neden olan bir fenomen olan elastik akciğer retraksiyonu vardır.

Akciğer içi basınç arttıkça ve atmosferik basınçtan daha büyük hale geldikçe, hava akciğerlerin içinden atmosfere akar. Bu, ekshalasyon aşamasını sonlandıran basınçlar eşitlenene kadar gerçekleşir.

Örnekler (deneyler)

Deney 1

Yaklaşık 20 ml'lik pistonun çekildiği bir şırınganın içine ağzında bir düğüm oluşturacak şekilde küçük, hermetik olarak kapatılmış bir balon yerleştirilir. Şırınganın pistonu şırınganın ortasına doğru yerleştirilir, iğne geri çekilir ve hava girişi bloke edilir.

Gözlem

Enjektör pistonunun yavaşça çekilmesiyle balonun şiştiği gözlemlenir.

açıklama

Balonun duvarına iki basınç uygulanır: iç yüzüne bir basınç, balonun içinde bulunan havanın bir ürünü ve balonun dış yüzüne şırınganın içerdiği havanın uyguladığı başka bir basınç.

Enjektör pistonunun çekilmesiyle içeride yarı vakum oluşturulur. Bu nedenle, pompa duvarının dış yüzündeki hava basıncı azalır ve bu da pompa içine uygulanan basıncı nispeten daha yüksek hale getirir.

Boyle-Mariote yasasına göre bu net basınç, balonun çeperinde bir gerilme ve balonun hacminde bir artışa neden olacaktır.

Deney 2

Plastik bir şişe yaklaşık olarak ikiye kesilerek, kesimin mümkün olduğunca yatay olmasını sağlar. Şişenin ağzına sıkıca oturan bir balon yerleştirilir, aynı zamanda derin bir tabağa belli bir miktar su konulur.

Gözlem

Şişenin altını balonla birlikte tabaktaki suyun üzerine yerleştirerek balon orta derecede şişer.

açıklama

Su, şişenin çeperindeki ve balonun içindeki hava basıncını artırarak, belirli bir miktar havayı yer değiştirir. Boyle-Mariotte yasasına göre bu, balonun şişmesiyle görselleştirilen balon hacminde bir artışa neden olur.

Referanslar

1. Vikipedi. (2019). Boyle Kanunu. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
2. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (27 Temmuz 2018). Boyle Kanunu. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı
3. Helmenstine, Todd. (5 Aralık 2018). Boyle Yasasının Formülü. Kurtarıldı: thinkco.com
4. Genç Hint Filmleri. (15 Mayıs 2018). Boyle Yasası: Çocuklar İçin Bilim Deneyi. Kurtarıldı: yifindia.com
5. Cecilia Bembibre. (22 Mayıs 2011). Sıcak hava balonu. Tanım ABC. Kurtarıldı: definicionabc.com
6. Ganong, W, F. (2003). Tıbbi Fizyoloji. (19. Baskı). Modern El Kitabının Editörlüğü.