2 ο Πειραµατικό Λύκειο Αθηνών Μάθηµα: Φυσική Κατεύθυνσης Η µαθήτρια του τµήµατος Β2α: ΑΘΗΝΑ- ΙΟΝΥΣΙΑ ΓΙΑΝΝΟΠΟΥΛΟΥ

Transcript

1 2 ο Πειραµατικό Λύκειο Αθηνών Μάθηµα: Φυσική Κατεύθυνσης Η µαθήτρια του τµήµατος Β2α: ΑΘΗΝΑ- ΙΟΝΥΣΙΑ ΓΙΑΝΝΟΠΟΥΛΟΥ - 1 -

2 Στη θερµοδυναµική ο Νόµος του Μπόιλ είναι ένας από τους τρεις νόµους των αερίων. Ο Νόµος του Μπόιλ, γνωστός και σαν νόµος Μπόιλ-Μαριότ, πήρε το όνοµά του αρχικά από τον Ιρλανδό φυσικό φιλόσοφο Ρόµπερτ Μπόιλ (Robert Boyle), που πρώτος τον διατύπωσε το Σύµφωνα µε αυτό το νόµο: Ο όγκος ενός αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης αυτού, σε σταθερή θερµοκρασία. Για τις µεταβολές πίεσης και θερµοκρασίας αν P 1 η αρχική πίεση του αερίου, V 1 ο αρχικός ειδικός όγκος του και T η σταθερή θερµοκρασία του και προκληθεί µεταβολή της πίεσης και του όγκου του σε P 2 και V 2 κατά τρόπο που η θερµοκρασία µείνει αµετάβλητη, τότε µεταξύ των παραπάνω στοιχείων του αερίου θα ισχύει η µαθηµατική σχέση: ή και ακόµη Το γινόµενο εποµένως είναι σταθερό και ισούται µε όπου ο αριθµός των γραµµοµορίων τού αερίου και η παγκόσµια σταθερά των ιδανικών αερίων που στο διεθνές σύστηµα µονάδων (S.I) έχει τιµή Αυτό σηµαίνει πως αν διπλασιαστεί η πίεση ενός αερίου ο όγκος του θα υποδιπλασιαστεί και αντίστροφα, φθάνει µόνο η θερµοκρασία του να παραµένει σταθερή. Σύµφωνα µε τον νόµο αυτό όταν σπρώχνεται η λαβή της αεραντλίας ποδηλάτου προς τα µέσα, µειώνεται ο όγκος του αέρα µε αποτέλεσµα ν αυξάνεται η πίεσή του και να διοχετεύεται πλέον µε πίεση στο λάστιχο του ποδηλάτου ώστε να το αναγκάζει τούτο να φουσκώνει. Εποµένως, όταν η θερµοκρασία αερίου παραµένει σταθερά το γινόµενο µιας πίεσης του αερίου επί του αντίστοιχου ειδικού όγκου του είναι πάντοτε σταθερός αριθµός. Η δε µαθηµατική διατύπωση αυτού είναι: Οι παραπάνω σχέσεις ισχύουν προφανώς για 1 kg αερίου, δεδοµένου ότι σ αυτές υπεισέρχεται ο ειδικός όγκος του V, που παριστά τον όγκο στη µονάδα µέτρησης 1 kg αερίου. Εφαρµόζονται όµως και για περισσότερα του ενός χιλιόγραµµα µε την διαφορά µόνο ότι αντί ειδικού όγκου v τοποθετείται τότε ο ολικός όγκος V του αερίου

3 Ο νόµος των Boyle και Mariotte όπως και οι άλλοι νόµοι των αερίων, ισχύει επακριβώς για ιδανικά αέρια. Οι νόµοι όµως µπορούν να εφαρµοστούν σαν καλή προσέγγιση και σε πραγµατικά αέρια. 1. Αρχικά, ρυθµίσαµε τις στρόφιγγες µε τέτοιον τρόπο, ώστε να επιτρέπεται η είσοδος αέρα στο θάλαµο. 2. Πιέσαµε προς τα κάτω το µοχλό απελευθέρωσης που υπάρχει στο µεταλλικό κύλινδρο και τραβήξαµε προς τα πάνω το στέλεχος. 3. Στη συνέχεια, ανεβάσαµε το στέλεχος µέχρι τον όγκο 300ml. 4. Γυρίσαµε τις στρόφιγγες έτσι ώστε να µην εισέρχεται αέρας στο θάλαµο, αλλά αυτός να επικοινωνεί µόνο µε το µανόµετρο. 5. Κατόπιν, πιέσαµε τη χειρολαβή και κατεβαίνοντας κάθε 20ml, σηµειώναµε την ένδειξη του µανοµέτρου. Τη διαδικασία την ολοκληρώσαµε στα 160ml. 6. Το ψηφιακό θερµόµετρο καταγράφει τη θερµοκρασία µετρηµένη σε βαθµούς Κελσίου (C ), την οποία µετατρέψαµε σε βαθµούς Κelvin(K)

4 Παρακάτω ακολουθεί ο πίνακας µε τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από το πείραµα 1 bar =100000Pa 1atm=101254Pa R=8,314 j/mol K P(bar) P tot (Pa) V(ml) V(m 3 ) 1/V T( o C) T(K) PV/T nr n , , , , ,0126 0, , , , , ,0127 0, , , , , ,0126 0, , , , , ,0126 0, , , , , ,0127 0, , , , ,0127 0, , , , , ,0125 0, , , , ,0117 average: 0,0125 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ: ιατηρώντας σταθερή τη θερµοκρασία και αυξάνοντας την πίεση, ο όγκος µειώνεται. Συνεπώς, επαληθεύεται ο νόµος, σύµφωνα µε τον οποίο ο όγκος είναι αντιστρόφως ανάλογος µε την πίεση, όταν παραµένει η τιµή της θερµοκρασίας σταθερή

5 (εικόνα του Robert Boyle, ο οποίος γεννήθηκε στην Ιρλανδία το 1627 και απεβίωσε στην Αγγλία το 1691) ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: Βικιπαίδεια Επίσηµος ιστότοπος της NASA - 5 -