ボイル - マリオット史の法則、数式、例



の法則 ボイル・マリオット 気体によって、または気体に加えられる圧力と、気体によって占められる体積との間の関係を表すものである。ガスの温度とその量（モル数）を一定に保つ.

この法則は、Charles、Gay-Lussac、Charles、およびAvogadroの法則とともに、理想的なガスの振る舞いを説明しています。具体的には、機械的な力による体積変化を受ける密閉容器内.

上の画像は、Boyle-Mariotteの法則を簡単にまとめたものです。.

紫色の点は、コンテナの内壁に衝突する分子またはガス原子を表します（左）。このガスが占有するコンテナの利用可能なスペースまたは容積を減らすことで、衝突が増え、圧力の上昇につながります（右）.

これは、容器が気密封止されている場合、ガスの圧力Pと体積Vが反比例することを示しています。そうでなければ、より高い圧力は容器のより大きな膨張に等しいだろう.

Y軸とX軸にそれぞれVとPのデータを使用して、Pに対してプロットVを作成すると、漸近曲線が観察されます。 Vが小さければ小さいほど、Pの増加は大きくなります。つまり、曲線はX軸上のPの高い値まで伸びます。.

もちろん、温度は一定のままです。しかし、同じ実験を異なる温度で実施した場合、これらの曲線Ｖ対Ｐの相対位置はデカルト軸で変化することになる。 Z軸に一定のTを設定して3次元軸にプロットした場合、この変化はさらに明白になります。.

索引

  • 1ボイルの法則の歴史
    • 1.1背景
    • 1.2水銀を使った実験
    • 1.3エドメマリオット
    • 1.4法律を強化する
  • 2この法律は何から成り立っていますか？?
  • 3数式
  • 4それは何のためですか？ボイルの法則はどんな問題を解決しますか？?
    • 4.1蒸気機械
    • 4.2一口飲み物
    • 4.3呼吸器系
  • 5例（実験）
    • 5.1実験1
    • 5.2実験2
  • 6参考文献

ボイルの法則の歴史

バックグラウンド

科学者ガリレオ・ガリレイが空虚の存在に対する信念を表明して以来（1638）、科学者たちは空気と部分的な空隙の性質を研究し始めた.

1638年、アングロアイルランドの化学者、ロバート・ボイルが、空気力学の研究を始めました。ドイツの技術者で物理学者のオットー・フォン・ゲリッケが空気ポンプを製造したことを知りました.

水銀を使った実験

彼の空気圧の研究を実行するために、Boyleは "J"の形のガラス管を使いました。短腕の端は密封されていたが、管の長腕の端は水銀を入れるために開いていた。.

最初から、Boyleは質的にそして量的に空気の弾力性を研究したかったです。 "J"字型のチューブの開口端から水銀を注ぐことによって、Boyleはチューブの短腕の空気が水銀圧下で収縮したと推論しました.

結果

チューブに添加される水銀の量が多いほど、空気にかかる圧力が大きくなり、その容積が小さくなります。ボイルは、圧力の関数として空気量の負の指数型グラフを得ました.

一方、気圧の逆数に対して空気の量をプロットすると、正の勾配の直線が得られます。.

1662年に、ボイルは方程式の形で与えられた最初の物理法則を発表しました、それは2つの変数の機能的な依存を示しました。この場合、圧力と体積.

Boyleは、ガスにかかる圧力とそのガスが占める体積との間には逆の関係があることを指摘しました。この比率は実際のガスには比較的当てはまります。ほとんどのガスは、適度な圧力と温度では理想的なガスのように振る舞います.

より高い圧力とより低い温度で、理想の実際のガスの振る舞いからの逸脱はより顕著になりました.

エドメマリオット

フランスの物理学者エドメ・マリオット（1620-1684）は、1679年に同じ法律を独自に発見しました。だからこそ、それはマリオットの法則またはボイルの法則とマリオットの法則と呼ばれています.

法律を強化する

Daniel Bernoulli（1737）は、ガスの圧力はそれを含む容器の壁へのガス粒子の衝突によって発生すると指摘してBoyleの法則を強化した。.

1845年、ジョン・ウォーターストンは科学論文を発表し、その中で彼は気体の運動論の主要原理に焦点を当てています。.

後に、Rudolf Clausius、James MaxwellおよびLudqwig Boltzmannは気体の運動論をまとめました。それは気体によって及ぼされる圧力を動いている気体の粒子の速度と関連付けます.

ガスを含む容器の容積が小さければ小さいほど、それを形成する粒子が容器の壁に衝突する頻度が高くなる。したがって、ガスによって加えられる圧力が大きいほど.

この法律は何から成り立っていますか？?

Boyleによって行われた実験は、ガスによって占められる体積とそれにかけられる圧力との間に逆の関係があることを指摘します。しかしながら、ボイルに起因する圧力による体積変化のグラフによって示されるように、上述の関係は完全に線形ではない。.

ボイルの法則では、ガスが占める体積は圧力に反比例することが指摘されています。その体積によるガスの圧力の積が一定であることも示されている.

数式

Boyle-Mariotteの法則の数学的表現に到達するために、我々は以下から始めます：

Vα1 / P

ガスが占める体積がその圧力に反比例することを示しています。ただし、この関係が反比例する関係を決定する定数があります。.

V = k / P

ここで、kは比例定数です。あなたが持っているkをクリアする：

VP = k

気体の圧力とその体積の積は一定です。その後：

V1P1 = kとV2P2 = k

そしてこれから、次のことが推測できます。

V1P1 = V2P2

後者はボイルの法則の最終式または方程式です。.

それは何のためですか？ボイルの法則はどんな問題を解決しますか？?

スチームマシン

Boyle-Mariotteの法則は蒸気機関の運転に適用されます。それはある量の水からの熱エネルギーの機械エネルギーへの変換を使用する外燃機関です.

水は気密封止されたボイラーで加熱され、発生した蒸気はピストンを押すことによってシリンダーの体積膨張を生じさせるBoyle-Marioteの法則に従って圧力をかけます。.

ピストンの直線運動は、機関車の車輪または発電機の回転子を駆動することができるクランクおよびクランクのシステムを使用することによって回転運動に変換される。.

現在、代替蒸気機関車は輸送車両の電気モーターと内燃機関によって置き換えられているため、使用頻度の低い機関車です。.

飲み物を飲みます

プラスチック製のチューブを通してボトルからソフトドリンクやジュースを吸うという行為は、ボイル - マリオットの法則に関連しています。口を使ってチューブから空気を吸い込むと、チューブ内の圧力が下がります。.

この圧力降下はチューブ内の液体の上方への移動を容易にし、その摂取を可能にする。これと同じ原理が、注射器を使って血液を採取するのにも役立ちます。.

呼吸器系

ボイル - マリオットの法則は、呼吸器系の機能に密接に関連しています。吸気期には、横隔膜や他の筋肉の収縮が起こります。例えば、胸郭の拡張をもたらす外肋間.

これは胸膜内圧の低下を引き起こし、それは肺容量の増加をもたらす肺の拡張を引き起こす。したがって、肺内圧はBoyle-Mariotteの法則に述べられていることに従って低下します。.

肺内圧が大気圧以下になると、大気中の空気が肺に流れ込み、肺内の圧力が上昇します。その圧力を大気圧に等しくし、そして吸気の段階を終結させる。.

その後、吸息筋は弛緩し、呼気筋は収縮する。さらに、肺の弾性収縮が起こり、これは肺容量の減少をもたらし、その結果として肺内圧が上昇する現象であり、これはBoyle-Mariotteの法則によって説明することができる。.

肺内圧を上昇させ、大気圧よりも高くなることによって、空気は肺の内部から大気に流れ込む。これは圧力が均等化されるまで起こり、これで呼気相は終了する。.

例（実験）

実験1

小さなバルーンをきつく閉じて配置し、その口の中に、プランジャーを取り外したシリンジの内側に約20 mlの結び目を作ります。シリンジのプランジャーをシリンジの中央部に向けて配置し、ニードルを外してエアインレットを塞ぐ.

観察

注射器のプランジャをゆっくりと引くことによって、バルーンが膨張していることが観察される。.

説明

バルーンの壁には２つの圧力がかけられる：バルーンの内面、バルーンの内側に含まれる空気の積、およびシリンジに含まれる空気によって加えられるバルーンの外側の面に対する圧力。.

インジェクタのプランジャを引くと、その内部に半真空が発生します。したがって、ポンプ壁の外面にかかる空気圧が低下し、ポンプ内部にかかる圧力が比較的大きくなります。.

Boyle-Marioteの法則によると、この正味の圧力はバルーンの壁を膨張させ、バルーンの体積を増加させます。.

実験2

カットができるだけ水平になるようにして、ペットボトルを半分に切る。瓶の口にはよく調整された風船が置かれ、同時に一定量の水が深い皿に置かれます。.

観察

風船と一緒にボトルの底を皿の水の上に置くことによって、風船は適度に膨張します.

説明

水は一定量の空気を排除し、ボトルの壁とバルーンの内部にかかる空気の圧力を高めます。これは、Boyle-Mariotteの法則によれば、地球の体積の増加を引き起こし、それは地球の膨張によって視覚化されます。.

参考文献

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  2. ブリタニカ百科事典の編集者。 （2018年7月27日）。ボイルの法則ブリタニカ百科事典取得元：britannica.com
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  6. Ganong、W、F.（2003）。医学生理学（第19版）。現代マニュアルの社説.