какое выражение соответствует закону бойля мариотта
Закон Бойля—Мариотта
Роберт Бойль — яркий пример ученого-джентльмена, сына давно ушедшей эпохи, когда наука была уделом исключительно состоятельных людей, посвящавших занятиям ею свой досуг. Большинство исследований Бойля относятся по современной классификации к разряду химических опытов, хотя сам себя он, наверняка, считал натурфилософом (физиком-теоретиком) и естествоиспытателем (физиком-экспериментатором). Судя по всему, поведением газов он заинтересовался, увидев проект одного из первых в мире воздушных насосов. Сконструировав и построив очередную, усовершенствованную версию своего двустороннего воздушно-вакуумного насоса, он решил исследовать, как повышенное и пониженное давление газа в герметичном сосуде, к которому был подключен его новый аппарат, влияет на свойства газов. Будучи одаренным экспериментатором, Бойль одновременно придерживался весьма новых и необычных для той эпохи взглядов, считая, что наука должна идти от эмпирических наблюдений, а не основываться исключительно на умозрительно-философских построениях.
* Дж. Трефил называет его «закон Бойля», однако мы предпочли принятое в российской традиции название закона. — Прим. переводчика.
Англо-ирландский физик и химик. Родился в замке Лисмор (Lismore Castle), Ирландия, став четырнадцатым ребенком графа Коркского (Earl of Cork) — знаменитого авантюриста эпохи королевы Елизаветы. Окончив привилегированную Итонскую школу, где был одним из первых учеников среди «юных джентльменов», отправился в многолетнее путешествие по континентальной Европе, в ходе которого продолжил образование в Женевском университете. Вернувшись на родину в 1648 году, оборудовал частную лабораторию и занялся на ее базе физико-химическими исследованиями. В 1658 году перебрался в Оксфорд, где его учеником и ассистентом по лаборатории стал Роберт Гук (см. Закон Гука), будущий научный секретарь Королевского общества. Кстати, Бойль был одним из основателей и соучредителей Королевского общества, выросшего из кружка молодых оксфордских ученых. Провел целый ряд новаторских химических экспериментов, включая эксперименты по детальному изучению свойств кислот и оснований. По некоторым данным, первым выдвинул гипотезу о существовании химических элементов. Доказал, что воздух необходим для горения и дыхания. Помимо занятий наукой был соучредителем и членом-пайщиком «Восточно-индийской компании» и активно занимался миссионерской деятельностью в надежде обратить в христианство жителей восточных колоний Британской империи.
У Бойля не было инструментов, чтобы измерить сжимаемость жидкости. А книжка не претендует на звание энциклопедии. Грустно, что вместо содержательных проверенны проверенных фактов в комментариях пишут псевдонаучный бред и докапываются до англоязычного автора на русскоязычном ресурсе 🙂
История открытия изотермического процесса (Закон Бойля-Мариотта)
Бойль наблюдал за изменением объёма воздуха, запертого в длинной изогнутой трубке столбом ртути (рис. 3.6, а). Вначале уровни ртути в обоих коленах трубки были одинаковыми, и давление воздуха равно атмосферному ( 760 мм ртутного столба). Доливая ртуть в длинное колено трубки, Бойль заметил, что объём воздуха уменьшился вдвое, когда разность уровней в обоих коленах оказалась равной h = 760 мм, и, следовательно, давление воздуха увеличилось вдвое (рис. 3.6, б). Это навело Бойля на мысль о том, что объём данной массы газа и его давление находятся в обратно пропорциональной зависимости. Дальнейшие наблюдения за изменением объёма при доливании разных порций ртути подтвердили это заключение. Несколько позднее, независимо от Бойля, французский учёный Эдм Мариотт пришёл к тем же выводам. Этот закон получил название «Закон Бойля-Мариотта». Данный закон гласит: давление данной массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально объёму газа.
Дубликаты не найдены
[Моё]? Тогда это закон Бойля-Мариотта-Tирекса.
Извиняюсь! Не разобрался с тегами! Я думал, что обязательно нужно выбрать из «Моё», Пост содержит NSFW-контент» или «Опубликовать в сообществе».
Загадочная волна-убийца
В 19 веке начали появляться свидетельства очевидцев о таинственных огромных волнах в океане, появляющихся из ниоткуда. И это не совпадение – в 19 веке появились первые железные морские судна, которые, при счастливом стечении обстоятельств, могли пережить встречу с таинственной волной. До этого встреча с ней была фатальной – моряки уже никогда не возвращались на берег…
С развитием судостроения сообщения о загадочных волнах только участились, но почти никто не верил в рассказы очевидцев. Считалось, что волна высотой 10 метров в открытом океане – это достаточно редкое явление, а сообщения о волнах высотой 30 метров – что-то из разряда фантастики. Но корабли, казалось бы надежно защищенные от штормов, продолжали без следа пропадать в океанах по всему миру. Хорошо задокументированное событие произошло сравнительно недавно с грузовым судном МС Мюнхен.
Этот двести шестидесяти метровый корабль считался непотопляемым, в 1978 году он отправился в свой 62 рейс по привычному маршруту из Германии в США. Рейс проходил нормально, а потом несколько судов и радиостанции получили от Мюнхена сигнал бедствия.
После этого – полная тишина, корабль и экипаж в составе 28 человек просто исчезли. В поисковой операции принимали участия несколько стран, были задействованы десятки самолетов и сотни морских судов. В результате были найдены спасательные шлюпки, пару спасательных жилетов, аварийные буи и часть груза. Никакого корабля и людей не нашли, поэтому мы можем только догадываться о том, что произошло с МС Мюнхен. Но повреждения на одной из спасательных шлюпок и другие косвенные признаки говорили о том, что шлюпка, крепленная на высоте 20 метров над уровнем воды, была сорвана чудовищной силой.
Согласно одной из публикаций на эту тему, всего во второй половине 20 века эти же гигантские волны вероятно потопили 22 больших корабля и стали причиной больше 500 смертей. Хорошо известный случай о затонувшем при странных обстоятельствах огромного MV Derbyshire. Без вести пропали 44 человека.
Скепсис по отношению к огромным волнам продолжался, все изменилось в 1995 году, всего чуть больше 26 лет назад. Лазерные датчики на нефтяной платформе Дропнер зафиксировали волну высотой 25 метров, это почти в 3 раза выше, чем самые высокие волны в этом регионе.
Считалось, что это просто невозможно, это не укладывалось в математические модели того времени и не подтверждалось наблюдениями. Так как данные из подобных датчиков были очень надежные и ошибка исключалась, этим случаем заинтересовались ученые и начали искать способы объяснить как это возможно, наблюдения за океаном усилились и за короткое время данные спутников показали существование огромных волн высотой больше 25 метров. Эти волны действительно возникали как-бы из ниоткуда и быстро исчезали, интересным был так же тот факт, что очевидцы описывали эти волны как стену воды, то есть они были очень крутыми. Эти волны получили называние «Волн Убийц», хотя название очень отличается в различных языках Как оказалось позже, существуют даже супер волны-убийцы, их высота превышает в 5 раз окружающие волны, они могут быть высотой больше 30 метров, можно так же встретить информацию о волнах высотой больше 40 метров, но источники мне показались ненадежными.
Вот гифка, показывающая данные наблюдений за волнами на воде, там где области смещаются в сторону красного цвета, там бушуют штормы, высота волн там может достигать 11 метров.
Стоит сказать, что существуют такие понятия, как столетняя волна, тысячелетняя волна, десяти тысячи летняя волна, это как бы необычное редкое отклонение от среднего значения, например раз в 10 тысяч лет может появиться волна высотой около 20 метров, это берут во внимание проектируя корабли, порты и нефтяные вышки. Но регулярные появления волн высотой больше 20 метров, а иногда даже больше 30 метров… как? Что за сила создает их, откуда такая энергия? Я бы могла сказать «Наука не может объяснить», но эти слова обычно используют для кликбейта и на самом деле это означает «наука имеет предположения, гипотезы, но общепринятого мнения и однозначного ответа нет». Кратко расскажу об основных двух гипотезах.
В общем самое простое объяснение – это интерференция, суперпозиция разных волн, ну или в более привычном смысле – наложение волн. Несколько различных волн с разной длиной волны и амплитудой накладываются одна на другую и создают в некоторых местах одну большую волну.
Тут очень много дополнительных параметров учитывается, например не просто синусоидальная форма волн, а крутые гребни и впадины, течения, ветер, разность температур и так далее, но суть в двух словах можно передать как наложение различных волн в некоторых условиях.
Другое объяснение пришло из квантовой механики, образование волн с необычно большой амплитудой описывает одно из модификаций Уравнения Шредингера, которое используется в оптике и физике плазмы.
Решение обычного уравнения Шредингера – это волновая функция, тут так же, только имеет немножко более сложный вид и тоже в комплексную форму, называется «Солитон Перегрина», графически выглядит примерно вот так:
В чем суть. Обычная волна, как можно часто заметить, она очень нестабильна, когда она набирает высоту, то гребень начинает закручиваться и волна обрушивается. А Солитон – это одиночная волна, которая сохраняет свою форму более длительное время, вот например нервные импульсы можно рассматривать как солитоны, но вообще солитон Перегрина применяется для описаний солитонов в оптике и физике плазмы. Как оказалось, это все можно применить и к гравитационным волнам, гравитационные волны – это волны на воде, не следует путать и другими гравитационными волнами в пространстве и времени, которые следуют из общей теории относительности.
В общем в итоге ученым удалось смоделировать волну убийцу на воде в бассейне на фото.
Это не единственная модель, но одна из, тут теория вполне согласуется с практикой. В чем суть в двух словах: тут происходит не интерференция, а как бы всасывание соседних волн в одну большую, стабильную волну, в океане это может происходить вполне регулярно, все условия позволяют.
Что забавно – такими волнами в моделях могут быть не только гребни, но и впадины – и это подтверждается очевидцами волн убийц в океанах. Но скорее всего волны убийцы не описываются только каким-то одним процессом и возникают в следствии различных причин.
Наверное стоит вспомнить о цунами, почему не берут во внимание процесс, который отвечает за формирование цунами. Тут все просто – цунами в открытом океане почти незаметна, она увеличивается в высоту при приближении к берегу, ну, если это не цунами вызванное падением огромного астероида. На ютубе много видео о волнах убийцах, но почти на всех таких видео нет никаких волн убийц, а просто автор решил написать ошибочное название сам того не осознавая, вот одно из редких видео, на котором был заснят момент столкновения с волной убийцей, правда не очень большой, но как и все видео о необычных явлениях, снято на кирпич:
Реальных фото волн убийц тоже очень мало, в основном используют фотошоп для того, чтобы впечатлить людей, но на самом деле волны в море, даже самые большие, не выглядят так впечатляюще, как в фильмах. На реальных фото просто трудно с чем-то сравнить их размер. Вот фото, которое я использовала для превью, вообще не впечатляет, я не знаю какая высота этой волны, наверное где-то около 20 метров, найти оценку ее высоты в оригинальных источниках не удалось.
Но на самом деле эта тема интересна даже не из-за самих волн-убийц, а из-за универсальности волновых феноменов, ведь волны убийцы появляются не только на воде, но и в других системах, где есть волны различной природы, в оптических средах, плазме и даже экономике.
Как известно многие физики специализирующиеся на дифференциальном исчислении уходят в область экономики, финансов, там просто больше платят, на каком-нибудь Волл Стрит, они применяют физику и математику для анализа ситуаций на рынке финансов, там очень сложные формулы, но иногда удается найти закономерности и предсказать поведение инвесторов например, ну наверное самый известный для широких масс инструмент при анализе бирж – это уровни Фибоначчи, это что-то из той же серии, только более продвинутое.
Есть даже такой термин – Эконофизика, волновые процессы играют там не последнюю роль, можете почитать об этом, если хотите, а я пойду делать следующее видео (и писать статью тоже). Пока.
«. двадцать семь тысяч вольт»
Помню, в детстве катался на электричках с отцом (он железнодорожник).. И ещё чётко помню, как хрипловатый голос из-под потолка призывал не лезть на вагоны, а то напряжение контактной сети «двадцать семь тысяч вольт».
От отца я точно знал, что напряжение в проводах — высокое, ток — переменный, он мне много чего в детстве объяснял интересного.
Родился я в Саратове, и что бывают другие напряжения в контактной сети, узнал случайно, от друга, который больше, чем железную дорогу, любит только ЛЭП, наверное.
Электровозы с 30-ых годов девятнадцатого века будоражили умы изобретателей — тогда только изобрели модное электричество, и надо было срочно избавляться от лошади, пара и с ноги заходить в светлый мир будущего. Пока инженеры строили свои электрические повозки, доводили до ума двигатели, паровоз просто работал.
Только через 60 лет электрифицировали кусочек не тестово-опытной, а настоящей, действующей ЖД в США — но только в тоннелях, чтобы паровозы перестали там чадить. Напряжение было постоянным и низким: 650 Вольт.
Всем срочно хотелось больше скорости, мощности, а вопрос был в том, как передать ток по проводам без потерей. Потери идут из-за нагрева, а нагрев зависит только от силы тока.
Если повысить напряжение, можно оставить ту же мощность, но снизить силу тока, а значит и нагрев!
Итак, в начале прошлого века строят линии на 1500 и 3000 Вольт постоянного тока — кто как хочет — Европа же, у них там можно. Почему так? Постоянный ток очень удобно превращать в движение: двигатели компактные, простые, легко регулировать мощность.
Зато низкое (относительно будущих десятков киловольт) постоянное напряжение приносит очень много боли, когда разговор заходит о преобразовании напряжения и передачи его на большие расстояния.
К счастью, «война токов» (Теслы и Эдисона) уже заканчивалась, и в мире побеждал переменный. Поэтому можно было вдоль путей ставить трансформаторы, которые высокое напряжение по щелчку пальца уменьшают, остаётся только этот ток выпрямить да подать в электровоз через контактный рельс, провод — или что вы там ещё придумаете. Выпрямление переменки тоже тогда вызывало проблемы, кстати — до полупроводников ещё 50 лет.
Мой респект советским инженерам.
Москва, Питер и окрестности к концу 20-ых годов прошлого века уже были на 3000 Вольтах постоянного тока, а когда советы решили насадить электрификацию на Кавказе, стало понятно, что в гору требуется гораздо больше энергии. И больше потерь, если передавать по линиям 3 кВ. Можно сделать с двумя контактными проводами и подстанциями через каждые пару километров (как сейчас делают на загруженных участках, чтоб «Сапсан» летал), но зачем?
Решили 25 киловольт сделать. К тому времени появились вполне приличные движки на переменном токе. Правда пока разрабатывали, война началась, а в 50-ых уже французы первыми сделали.
Современным электровозам без разницы — 25 или 3, переменка или постоянка, как этот ЭП20 в модных очках.
— Легко сделать из 100+ киловольт с ЛЭП нужные 25 с помощью трансформатора.
— Малые потери энергии при передаче
— Можно передать большую мощность.
— Пока не появились нормальные полупроводники, ток выпрямляли и управляли движками с помощью ртутных лампам. А когда в нескольких стеклянных колбах в локомотиве греется и трясётся в сумме пару стаканов ртути. Короче локомотивная бригада носила противогазы на всякий пожарный.
— Если залез на крышу, то переменкой 25 кВ вдарит намного крепче, чем постоянкой 3 кВ.
Вы же не забыли, что в Саратове «. двадцать семь тысяч вольт», а в Москве — три?
Во-первых, почему 27? Должно ж 25.
— Из-за того, что пускают обычно побольше, и пусть себе теряется-просаживается до нормы потом. Электровозы работают от 19 до 29 кВ, они же это напряжение всё равно понижают, чтоб всадить в движки.
Во-вторых, как соединяются две разные системы: постоянного и переменного тока?
— Загнать поезд на станцию, отцепить локомотив, увести, переключить напряжение, пригнать другой и подцепить.
— Между участками с разным напряжением сделать без электричества — тогда соединять через тепловозный участок, вот и делов-то, ничего на станции переключать не надо. Это тепловозная вставка. Распространённая вещь (смотрите карту).
Ссылка на полную карту:
— Купить дорогой, тяжёлый (ну это плюс даже — колёса будут лучше цепляться за рельсы) электровоз, который работает на любом напряжении. Разгонится такой на одном напряжении, проедет несколько метров вхолостую, подцепится к новой системе и спокойно дальше поедет.
Собственно, карта. От Москвы до Саратова надо сменить локомотив трижды — есть тепловозный участок от Мичуринска до Ртищево, а в Узуново меняют переменку на постоянку
Понимаю, что всем до смерти надоела вода и SEO-шная дичь на на ядзене, когда авторы тянут резину до дочитки. Я, в принципе, на своём канале тоже тяну — но если вы сюда дочитали, значит сработало?
Правда ли, что знаменитый физик Нильс Бор был вратарём сборной Дании по футболу?
Сегодня, 21 июня, состоится футбольный матч в рамках Евро-2020 между Россией и Данией. Это решающая игра за выход из группы. Обсуждая перспективы предстоящего поединка, мы решили напомнить вам наш разбор, непосредственно связанный с историей датского футбола.
Многочисленные биографии и наборы интересных фактов о нобелевском лауреате по физике утверждают, что в молодости Бор защищал ворота сборной Дании по футболу и даже стал вице-чемпионом Олимпийских игр. Мы проверили, так ли это.
(Для ЛЛ: футболом он занимался, но за сборную не выступал)
Обычно в футбольном контексте Нильс Бор упоминается вместе со своим младшим братом Харальдом, впоследствии ставшим довольно крупным математиком. В частности, журнал «Вокруг света» приводит фотографию с подписью: «Финал футбольного турнира Олимпиады-1908: сборная Дании, в составе которой выступают будущий нобелевский лауреат Нильс Бор и его брат Харальд, уступит команде Великобритании и увезёт на родину серебряные медали». В ряде источников говорится о том, что Нильс поехал на турнир резервным вратарём. Также авторы книг любят сообщать, что в моменты затишья у собственных ворот молодой учёный решал на штангах математические задачи.
Во-первых, разберёмся с Олимпиадой-1908 в Лондоне. Согласно официальному отчёту о соревновании, в воротах сборной Дании в течение всего турнира, включая проигранный британцам финал, стоял Людвиг Дрешер. Имени Нильса Бора нет даже в числе запасных игроков. Примечательно, что в те годы медаль могли получить только спортсмены, выходившие на поле, поэтому роль резервного голкипера — если бы эта информация подтвердилась — не могла бы сделать старшего брата призёром Игр. А вот Харальд Бор принял участие во всех матчах олимпийского турнира и даже забил два гола. Надо сказать, что братья были весьма похожи внешне, поэтому неудивительно, что в комментариях ко многим фотографиям той сборной Дании в интернете Харальд ошибочно назван Нильсом.
Далее, имени Нильса Бора нет вообще в списке футболистов, когда-либо выступавших за сборную Дании. Датские СМИ периодически затрагивают эту тему из-за распространённости легенды. Последний громкий случай произошёл в Германии в начале нулевых, когда на телевикторине «Кто хочет стать миллионером» прозвучал вопрос «Какой лауреат Нобелевской премии по физике сыграл несколько матчей за футбольную сборную своей страны?». Участник не смог выбрать между Герцем, Кюри, Беккерелем и Бором и спасовал. Учитывая, что это был вопрос за €500 000, после выхода шоу случился большой скандал.
Но нельзя сказать, что Нильс Бор вообще не занимался футболом. Вместе с братом он выступал за университетскую команду «Академиск» из Копенгагена. Харальд в среде болельщиков был известен тем, что перед каждым матчем доставал из кармана белый платок, чтобы определить направление и скорость ветра. А вот Нильс за свою гораздо более скромную любительскую карьеру запомнился другим случаем.
Однажды в матче против немецкой команды «Текникум» из Матвайды (другие источники гласят, что это был датский «Фремад Амагер») он пропустил нелепый гол с дальнего расстояния, даже не заметив, как мяч влетел в сетку. Позднее вратарь-физик признался, что очень увлёкся решением математической задачи на стойке ворот. Так что эта часть популярной информации о датском учёном подтверждается. Но вот за сборную Дании он никогда не выступал.
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте. Традиционно уточняю, что в сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла), а в день публикуем не больше двух постов.
Новый выпуск аудиоверсии проверок уже на сайте Коммерсантъ.
Закон истории Бойля-Мариотта, математическое выражение, примеры
Закон Бойл это то, что выражает связь между давлением, оказываемым газом или на него, и объемом, занимаемым им; поддерживая постоянную температуру газа, а также его количество (количество молей).
Этот закон вместе с законом Шарля, Гей-Люссака, Шарля и Авогадро описывает поведение идеального газа; в частности, в закрытом контейнере, подверженном изменениям объема под действием механической силы.
Изображение выше кратко суммирует закон Бойля-Мариотта.
Фиолетовые точки представляют молекулы или атомы газа, которые сталкиваются с внутренними стенками контейнера (слева). При уменьшении доступного пространства или объема контейнера, занимаемого этим газом, увеличивается количество столкновений, что приводит к увеличению давления (справа).
Это показывает, что давление P и объем V газа обратно пропорциональны, если контейнер герметично закрыт; в противном случае более высокое давление будет равно большему расширению контейнера..
Если построить график V относительно P, с данными V и P по осям Y и X, соответственно, будет наблюдаться асимптотическая кривая. Чем меньше V, тем больше увеличение P; то есть кривая будет расширяться до высоких значений P на оси X.
Конечно, температура остается постоянной; но если бы один и тот же эксперимент был проведен при разных температурах, относительные положения этих кривых V против P изменились бы на декартовой оси. Изменение было бы еще более очевидным, если бы оно было нанесено на трехмерную ось с постоянной Т на оси Z.
История закона Бойля
фон
Поскольку ученый Галилео Галилей выразил уверенность в существовании пустоты (1638), ученые начали изучать свойства воздуха и частичных пустот.
Англо-ирландский химик Роберт Бойль начал свое исследование свойств воздуха в 1638 году, узнав, что немецкий инженер и физик Отто фон Герике построил воздушный насос.
Эксперимент с ртутью
Для проведения своих исследований давления воздуха Бойл использовал стеклянную трубку в форме буквы «J», конструкция которой была приписана Роберту Гуку, помощнику Бойля. Конец короткого плеча был герметизирован, а конец длинного плеча трубки был открыт для размещения ртути.
С самого начала Бойль хотел изучить эластичность воздуха, качественно и количественно. Залив ртуть через открытый конец J-образной трубки, Бойл пришел к выводу, что воздух в коротком плече трубки сжался под давлением ртути..
результаты
Чем больше количество ртути, добавленной в трубку, тем больше давление на воздух и тем меньше его объем. Бойл получил отрицательный график экспоненциального типа объема воздуха в зависимости от давления.
Хотя, если вы нанесете объем воздуха против обратной величины давления, у вас будет прямая линия с положительным наклоном.
В 1662 году Бойль опубликовал первый физический закон, который был дан в форме уравнения, которое указывало на функциональную зависимость двух переменных. В этом случае давление и объем.
Бойл отметил, что существует обратная зависимость между давлением, оказываемым на газ, и объемом, занимаемым этим газом, причем это соотношение относительно справедливо для реальных газов. Большинство газов ведут себя как идеальные газы при умеренном давлении и температуре.
С более высокими давлениями и более низкими температурами отклонения от поведения реальных газов идеалов стали более заметными.
Эдм Мариотт
Французский физик Эдме Мариотт (1620-1684) независимо открыл тот же закон в 1679 году. Но он был достоин показать, что объем меняется в зависимости от температуры. Вот почему это называется Закон Мариотта или Закон Бойля и Мариотта.
Усиление закона
Даниэль Бернулли (1737) усилил закон Бойля, указав, что давление газа создается воздействием частиц газа на стенки контейнера, в котором он находится..
В 1845 году Джон Уотерстон опубликовал научную статью, в которой он сосредоточил внимание на основных принципах кинетической теории газов..
Позднее Рудольф Клаузиус, Джеймс Максвелл и Людвиг Больцман консолидировали кинетическую теорию газов, которая связывает давление, оказываемое газом, со скоростью частиц газа в движении.
Чем меньше объем контейнера, содержащего газ, тем больше частота ударов частиц, которые его образуют, к стенкам контейнера; и, следовательно, чем больше давление, оказываемое газом.
Из чего состоит этот закон??
Эксперименты, проведенные Бойлем, указывают на наличие обратной зависимости между объемом, занимаемым газом, и давлением, оказываемым на него. Тем не менее, вышеупомянутое соотношение не является полностью линейным, как показано графиком изменения объема в соответствии с давлением, приписанным Бойля.
В законе Бойля указывается, что объем, занимаемый газом, обратно пропорционален давлению. Также указано, что произведение давления газа на его объем является постоянным.
Математическое выражение
Чтобы добраться до математического выражения закона Бойля-Мариотта, начнем с:
Где это указывает, что объем, занимаемый газом, обратно пропорционален его давлению. Тем не менее, существует константа, которая определяет, насколько обратно пропорциональны эти отношения.
Произведение давления газа на его объем является постоянным. то:
И из этого можно сделать вывод, что:
Последнее является окончательным выражением или уравнением для закона Бойля.
Для чего это? Какие проблемы решает закон Бойля??
Паровые машины
Закон Бойля-Мариотта распространяется на эксплуатацию паровых двигателей. Это двигатель внешнего сгорания, который использует преобразование тепловой энергии из количества воды в механическую энергию..
Вода нагревается в герметически закрытом котле, и произведенный пар оказывает давление в соответствии с законом Бойля-Мариотта, который вызывает увеличение объема цилиндра при нажатии поршня..
Линейное движение поршня преобразуется во вращательное движение за счет использования системы кривошипов и кривошипов, которые могут приводить в движение колеса локомотива или ротор электрического генератора..
В настоящее время альтернативный паровой двигатель является малоиспользуемым двигателем, поскольку он был заменен электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания в транспортных средствах..
Потягивая напитки
Всасывание безалкогольного напитка или сока из бутылки через пластиковую трубку связано с законом Бойля-Мариотта. Когда воздух всасывается из трубки с помощью рта, происходит снижение давления внутри трубки.
Этот перепад давления облегчает движение жидкости вверх в трубке, что позволяет ей проглатываться. Этот же принцип работает при извлечении крови с помощью шприца.
Дыхательная система
Закон Бойля-Мариотта тесно связан с функционированием дыхательной системы. Во время фазы вдоха происходит сокращение диафрагмы и других мышц; например, внешние межреберные, которые производят расширение грудной клетки.
Это вызывает снижение внутриплеврального давления, которое вызывает расширение легких, что приводит к увеличению объема легких. Поэтому внутрилегочное давление снижается в соответствии с тем, что указано в законе Бойля-Мариотта..
Когда внутрилегочное давление ниже атмосферного, атмосферный воздух поступает в легкие, что приводит к повышению давления в легких; выравнивание его давления с атмосферным давлением и завершение фазы вдоха.
Впоследствии мышцы вдоха расслабляются, а мышцы выдоха сокращаются. Кроме того, происходит легкая эластическая ретракция, явление, которое вызывает уменьшение объема легких с последующим повышением внутрилегочного давления, что может быть объяснено законом Бойля-Мариотта..
Увеличивая внутрилегочное давление и становясь больше атмосферного давления, воздух поступает из легких внутрь атмосферы. Это происходит до тех пор, пока давление не выровняется, что завершает фазу истечения.
Примеры (эксперименты)
Эксперимент 1
Небольшой баллончик плотно закрывается, образуя узел во рту, внутри шприца, в который был извлечен поршень, приблизительно 20 мл. Плунжер шприца расположен по направлению к средней части шприца, игла извлечена, а вход воздуха закрыт..
наблюдение
Медленно потянув за поршень инжектора, можно увидеть, что баллон надут.
объяснение
На стенку баллона оказывают два давления: давление на ее внутреннюю поверхность, продукт воздуха, содержащегося внутри баллона, и другое давление на внешнюю поверхность баллона, создаваемое воздухом, содержащимся в шприце..
При вытягивании поршня инжектора внутри него создается полувакуум. Следовательно, давление воздуха на внешней поверхности стенки насоса уменьшается, что делает давление внутри насоса относительно большим..
Это чистое давление, согласно закону Бойля-Мариотта, приведет к растяжению стенки баллона и увеличению объема баллона..
Эксперимент 2
Разрежьте пластиковую бутылку примерно пополам, следя за тем, чтобы разрез был как можно более горизонтальным. В устье бутылки помещен хорошо приспособленный баллон, в то же время в глубокую посуду помещается определенное количество воды..
наблюдение
Поместив дно бутылки с баллоном на воду посуды, баллон умеренно надувается.
объяснение
Вода вытесняет определенное количество воздуха, увеличивая давление воздуха на стенку бутылки и внутреннюю часть баллона. Это вызывает, согласно закону Бойля-Мариотта, увеличение объема земного шара, что визуализируется инфляцией земного шара..