La لي دي بويل اكتشفه روبرت بويل في القرن السابع عشر ووضع الأسس لشرح العلاقة بين الضغط والحجم الموجود في الغازات. من خلال سلسلة من التجارب ، تمكن من إظهار أنه إذا كانت درجة الحرارة ثابتة ، فإن الغاز يقلل من حجمه عندما يتعرض لمزيد من الضغط ، ويزيد في الحجم إذا انخفض الضغط.
سنخبرك في هذه المقالة بكل ما تحتاج لمعرفته حول قانون بويل وخصائصه وأهميته.
الملامح الرئيسية
في عام 1662 ، اكتشف روبرت بويل أن الضغط الذي يمارس على الغاز يتناسب عكسياً مع حجمه وعدد المولات عند درجة حرارة ثابتة. بمعنى آخر ، إذا تضاعف الضغط المطبق على الغاز ، سيتم ضغط نفس الغاز وسيقل حجمه إلى النصف.
مع زيادة حجم الحاوية التي تحتوي على الغاز ، تزداد أيضًا المسافة التي يجب أن تقطعها الجسيمات قبل الاصطدام بجدران الحاوية. تسمح هذه الزيادة في المسافة بتقليل وتيرة الصدمات ، وبالتالي يكون الضغط على الحائط أقل من ذي قبل عندما كان الحجم أصغر.
تم اكتشاف قانون بويل لأول مرة في عام 1662 بواسطة روبرت بويل. كان إدم ماريوت عالمًا آخر فكر وتوصل إلى نفس الاستنتاجات التي توصل إليها بويل، ومع ذلك ، لم يعلن ماريوت عن عمله حتى عام 1676. ولهذا السبب نجد في العديد من الكتب أن هذا القانون يسمى قانون بويل وماريوت ، قانون بويل ماريو ، المعروف أيضًا باسم قانون ماتوت ، الذي طوره الفيزيائي والكيميائي البريطاني روبرت. بشكل مستقل من قبل بويل والفيزيائي وعالم النبات الفرنسي إدمي ماتوت.
يشير إلى أحد القوانين التي تربط حجم وضغط الغاز بكمية معينة من الغاز يتم الاحتفاظ بها عند درجة حرارة ثابتة. ينص قانون بويل على ما يلي: يتناسب الضغط الذي تمارسه القوة عكسيًا مع حجم المادة الغازية طالما ظلت درجة حرارتها ثابتة. أو ببساطة ، يمكننا تفسيرها على النحو التالي: عند درجة حرارة ثابتة أعلى ، يتناسب حجم الكتلة الثابتة للغاز عكسياً مع الضغط المستمر الذي يمارسه.
تجارب وتطبيقات قانون بويل
لإثبات نظرية قانون بويل ، كان ماريو مسؤولاً عن إدخال الغاز في أسطوانة بمكبس وكان قادرًا على التحقق من الضغوط المختلفة التي تم إنشاؤها أثناء هبوط المكبس. يُستنتج من هذه التجربة أنه كلما زاد الحجم ، ينخفض الضغط.
قانون بويل له العديد من التطبيقات في الحياة الحديثة ، من بينها يمكن أن نذكر على سبيل المثال الغوص ، وذلك لأن الغواص يجب أن يطرد الهواء من رئتيه عند الصعود لأنه يتمدد عندما ينخفض الضغط ، إذا لم يفعل ذلك يمكن أن يسبب تلف الأنسجة.
يوجد في جميع المعدات التي تستخدم أو تعمل بالطاقة الهوائية ، مثل الأذرع الروبوتية التي تستخدم مكونات مثل المكابس الهوائية والمشغلات ومنظمات الضغط وصمامات تنفيس الضغط.
تستخدم محركات البنزين أو الغاز أو الديزل أيضًا قانون بويل أثناء الاحتراق الداخلي ، لأنه في المرة الأولى التي يدخل فيها الهواء إلى الأسطوانة بالحجم والضغط ، وفي المرة الثانية يقلل الحجم عن طريق زيادة الضغط.
السيارات لديها أنظمة وسائد هوائية تعمل عن طريق طرد كمية معينة من الهواء أو الغاز من غرفة تصل إلى الوسادة الهوائية الخارجية ، حيث ينخفض الضغط ويزداد الحجم مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة.
قانون بويل مهم للغاية اليوم لأنه القانون الذي يتحدث إلينا ويفسر سلوك الغازات. إنه يوضح بالتأكيد أن ضغط الغاز وحجمه يتناسبان عكسياً مع بعضهما البعض. لذلك ، عندما يتم الضغط على الغاز ، ينخفض حجمه ويزداد ضغطه.
نموذج الغاز المثالي
ينطبق قانون Boyle-Mariotte على ما يسمى بالغازات المثالية ، وهو نموذج نظري يبسط إلى حد كبير سلوك أي غاز ، بافتراض:
- جزيئات الغاز إنها صغيرة جدًا لدرجة أنه ليس من الضروري التفكير في حجمها، خاصة إذا أخذنا في الاعتبار أن هذا أصغر بكثير من المسافة التي يقطعونها.
- وبالإضافة إلى ذلك، بالكاد تتفاعل الجزيئات، إلا عندما تصطدم لفترة وجيزة جدًا ، وعندما يحدث ذلك ، يكون الاصطدام مرنًا ، لذلك يتم الحفاظ على الزخم والطاقة الحركية.
- أخيرًا ، افترض أن هذه الطاقة الحركية تتناسب مع درجة حرارة العينة الغازية ، أي ، كلما زادت الجسيمات هياجًا ، ارتفعت درجة الحرارة.
الغازات الخفيفة ، بغض النظر عن هويتها ، تتبع هذه الإرشادات بدقة شديدة في ظل الظروف القياسية لدرجة الحرارة والضغط (على سبيل المثال: 0 درجة مئوية والضغط الجوي (1 الغلاف الجوي). بالنسبة لهذه الغازات ، يصف قانون بويل ماريوت سلوكها بدقة شديدة.
نظرًا لأن P V ثابت عند درجة حرارة معينة ، إذا تغير ضغط الغاز ، يتغير الحجم بحيث يظل المنتج كما هو ، لذلك في حالتين مختلفتين 1 و 2 ، يمكن التعبير عن المساواة على النحو التالي:
P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2
ثم معرفة حالة واحدة ، بالإضافة إلى متغير من الحالة الأخرى ، يمكنك معرفة المتغير المفقود بإزالته من قانون Boyle-Mariot.
تاريخ قانون بويل
كيميائي بريطاني. رائد التجارب في مجال الكيمياء وخاصة في خواص الغازات ،
كانت أطروحة روبرت بويل حول سلوك المادة على مستوى الجسيمات مقدمة للنظرية الحديثة للعناصر الكيميائية. كان أيضًا عضوًا مؤسسًا في الجمعية الملكية في لندن.
ولد روبرت بويل في عائلة نبيلة في أيرلندا وحضر أفضل المدارس الإنجليزية والأوروبية. من عام 1656 إلى عام 1668 شغل منصب مساعد روبرت هوك في جامعة أكسفورد ، وتعاون معه في سلسلة من التجارب التي حددت الخصائص الفيزيائية للهواء وكيف يحرق ويتنفس وينقل الصوت.
تم جمع نتائج هذه المساهمات في الخاصة بهم «تجارب فيزيائية وميكانيكية جديدة على مرونة الهواء وتأثيراته»(1660). في الطبعة الثانية من هذا العمل (1662) ، كشف عن الخاصية الشهيرة للغازات ، قانون بويل ماريوت ، الذي نص على أن الحجم الذي يشغله الغاز عند درجة حرارة ثابتة يتناسب عكسًا مع ضغطه. من المعروف اليوم أن هذا القانون يتحقق فقط عندما يتم قبول السلوك النظري المثالي للغازات.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن قانون Boyle وخصائصه وتطبيقاته في عالم العلوم.