La ליי דה בויל הוא התגלה על ידי רוברט בויל במאה ה-XNUMX והניח את היסודות להסביר את הקשר בין לחץ ונפח הקיימים בגזים. באמצעות סדרת ניסויים הוא הצליח להראות שאם הטמפרטורה קבועה, גז מקטין את נפחו כאשר הוא נתון ליותר לחץ, וגדל בנפחו אם הלחץ מופחת.
במאמר זה אנו הולכים לספר לכם את כל מה שאתם צריכים לדעת על חוק בויל, מאפייניו וחשיבותו.
תכונות עיקריות
בשנת 1662 גילה רוברט בויל שהלחץ המופעל על גז הוא ביחס הפוך לנפח ולמספר המול שלו בטמפרטורה קבועה. במילים אחרות, אם הלחץ המופעל על גז מוכפל, אותו גז יידחס ונפחו יקטן בחצי.
ככל שנפח המיכל המכיל את הגז גדל, גדל גם המרחק שעל החלקיקים לעבור לפני ההתנגשות בדפנות המיכל. הגדלת המרחק מאפשרת ירידה בתדירות הזעזועים, כך שהלחץ על הקיר קטן מבעבר כאשר הנפח היה קטן יותר.
חוק בויל התגלה לראשונה בשנת 1662 על ידי רוברט בויל. אדמי מריוט היה מדען נוסף שחשב והגיע לאותן מסקנות כמו בוילאולם, מריוט לא פרסם את עבודתו ברבים עד 1676. לכן בספרים רבים אנו מוצאים את החוק הזה שנקרא חוק בויל ומריוט חוק בויל-מריוט, הידוע גם בשם חוק מטוט, שפותח על ידי הפיזיקאי והכימאי הבריטי רוברט. באופן עצמאי על ידי בויל והפיזיקאי והבוטנאי הצרפתי Edmé Mattout.
הכוונה היא לאחד החוקים המתייחסים לנפח וללחץ של גז לכמות מסוימת של גז הנשמרת בטמפרטורה קבועה. חוק בויל קובע את הדברים הבאים: הלחץ שמפעיל כוח הוא פרופורציונלי הפוך מבחינה פיזיקלית לנפח החומר הגזי כל עוד הטמפרטורה שלו נשארת קבועה. או יותר פשוט, אנחנו יכולים לפרש את זה כך: בטמפרטורה קבועה גבוהה יותר, נפח מסה קבועה של גז עומד ביחס הפוך ללחץ הקבוע שהיא מפעילה.
ניסויים ויישומים של חוק בויל
כדי להוכיח את התיאוריה של חוק בויל, מריוט הייתה אחראית על הכנסת גז לצילינדר עם בוכנה והצליחה לאמת את הלחצים השונים שנוצרו עם ירידת הבוכנה. מניסוי זה ניתן להסיק שככל שהנפח גדל, הלחץ יורד.
לחוק בויל יש יישומים רבים בחיים המודרניים, ביניהם ניתן להזכיר למשל צלילה, זאת מכיוון שהצולל צריך להוציא את האוויר מריאותיו בעת העלייה מכיוון שהוא מתרחב כשהלחץ יורד, אם לא עושה זאת עלול לגרום נזק לרקמות.
הוא נמצא בכל הציוד שמשתמש או מופעל על ידי כוח פנאומטי, כגון זרועות רובוטיות המשתמשות ברכיבים כגון בוכנות פנאומטיות, מפעילים, ווסתי לחץ ושסתומי שחרור לחץ.
גם מנועי בנזין, גז או דיזל משתמשים בחוק בויל בזמן בעירה פנימית, מכיוון שבפעם הראשונה האוויר נכנס לצילינדר עם נפח ולחץ, בפעם השנייה הוא מפחית את הנפח על ידי הגברת הלחץ.
למכוניות יש מערכות כריות אוויר הפועלות על ידי הוצאת כמות מסוימת של אוויר או גז מתא שמגיע לכרית האוויר החיצונית, כאשר הלחץ יורד והנפח גדל תוך שמירה על טמפרטורה קבועה.
חוק בויל חשוב מאוד היום כי החוק הוא שמדבר אלינו ומסביר את התנהגות הגזים. זה בהחלט מסביר שהלחץ והנפח של גז עומדים ביחס הפוך זה לזה. לכן, כאשר מופעל לחץ על גז, נפחו יורד והלחץ שלו גדל.
דגם גז אידיאלי
חוק בויל-מריוט חל על מה שנקרא גזים אידיאליים, מודל תיאורטי המפשט מאוד את ההתנהגות של כל גז, בהנחה:
- מולקולות גז הם כל כך קטנים שאין צורך לחשוב על הגודל שלהם, במיוחד בהתחשב בכך שזה הרבה יותר קטן מהמרחק שהם נוסעים.
- בנוסף, המולקולות בקושי מתקשרות, למעט כאשר הם מתנגשים קצרות מאוד, וכאשר הם מתנגשים, ההתנגשות היא אלסטית, כך שגם המומנטום וגם האנרגיה הקינטית נשמרים.
- לבסוף, נניח שאנרגיה קינטית זו פרופורציונלית לטמפרטורת המדגם הגזי, כלומר, ככל שהחלקיקים נסערים יותר, כך הטמפרטורה גבוהה יותר.
גזים קלים, ללא קשר לזהותם, פועלים לפי ההנחיות הללו בקפדנות רבה בתנאים סטנדרטיים של טמפרטורה ולחץ (כלומר: 0ºC ולחץ אטמוספרי (1 אטמוספירה). לגבי גזים אלו, חוק בויל-מריוט מתאר את התנהגותם בצורה מדויקת מאוד. .
מכיוון ש-P∙V הוא קבוע בטמפרטורה נתונה, אם לחץ הגז משתנה, הנפח משתנה כך שהתוצר נשאר זהה, כך שבשני מצבים שונים 1 ו-2, ניתן לבטא את השוויון באופן הבא:
P1∙V1 = P2∙V2
ואז לדעת מצב אחד, בתוספת משתנה מהמצב השני, אתה יכול לדעת את המשתנה החסר על ידי הסרתו מחוק בויל-מאריו.
היסטוריה של חוק בויל
כימאי בריטי. חלוץ הניסויים בתחום הכימיה, במיוחד בתכונות של גזים,
התזה של רוברט בויל על התנהגות החומר ברמת החלקיקים הייתה מבשר לתיאוריה המודרנית של יסודות כימיים. הוא גם היה חבר מייסד של החברה המלכותית של לונדון.
רוברט בויל נולד למשפחת אצולה באירלנד ולמד בבתי הספר הטובים ביותר לאנגלית ואירופה. בשנים 1656 עד 1668 הוא שימש כעוזרו של רוברט הוק באוניברסיטת אוקספורד, ושיתף עמו פעולה בסדרת ניסויים שקבעו את התכונות הפיזיקליות של האוויר וכיצד הוא נשרף, נושם ומעביר קול.
התוצאות של תרומות אלו נאספו בתוכן "ניסויים פיזיים-מכניים חדשים על גמישות האוויר והשפעותיו» (1660). במהדורה השנייה של עבודה זו (1662), הוא חשף את התכונה המפורסמת של גזים, חוק בויל-מריוט, שקבע כי הנפח התפוס על ידי גז בטמפרטורה קבועה עומד ביחס הפוך ללחץ שלו. כיום ידוע שחוק זה מתקיים רק כאשר מתקבלת ההתנהגות האידיאלית התיאורטית של גזים.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על חוק בויל, מאפייניו ויישומיו בעולם המדע.