de relatie tussen druk en Volume: Boyle ‘ s Law

naarmate de druk op een gas toeneemt, neemt het volume van het gas af omdat de gasdeeltjes dichter bij elkaar worden gedwongen. Omgekeerd, als de druk op een gas afneemt, neemt het gasvolume toe omdat de gasdeeltjes nu verder uit elkaar kunnen bewegen., Weerballonnen worden groter als ze door de atmosfeer stijgen naar gebieden met een lagere druk omdat het volume van het gas is toegenomen; dat wil zeggen, het atmosferische gas oefent minder druk uit op het oppervlak van de ballon, zodat het inwendige gas uitzet totdat de interne en externe druk gelijk zijn.De Ierse chemicus Robert Boyle (1627-1691) voerde enkele van de vroegste experimenten uit die de kwantitatieve relatie tussen de druk en het volume van een gas bepaalden. Boyle gebruikte een J-vormige buis gedeeltelijk gevuld met kwik, zoals weergegeven in Figuur \(\Paginindex{1}\)., In deze experimenten wordt een kleine hoeveelheid gas of lucht gevangen boven de kwikkolom, en het volume ervan wordt gemeten bij atmosferische druk en constante temperatuur. Meer kwik wordt vervolgens in de open arm gegoten om de druk op het gasmonster te verhogen. De druk op het gas is Atmosferische druk plus het verschil in de hoogte van de kwikkolommen, en het resulterende volume wordt gemeten. Dit proces wordt herhaald totdat er geen ruimte meer is in de open arm of het volume van het gas te klein is om nauwkeurig te kunnen worden gemeten., Gegevens zoals die van een van Boyle ‘ s eigen experimenten kunnen op verschillende manieren worden uitgezet (figuur \(\Paginindex{2}\)). Een eenvoudige plot van \(V\) versus \(P\) geeft een kromme die een hyperbool wordt genoemd en onthult een omgekeerde relatie tussen druk en volume: als de druk wordt verdubbeld, neemt het volume met een factor twee af. Deze relatie tussen de twee grootheden wordt als volgt beschreven:

\

figuur \(\Paginindex{1}\): Boyle ‘ s Experiment met een J-vormige buis om de relatie tussen gasdruk en Volume te bepalen., (a) aanvankelijk staat het gas bij een druk van 1 atm = 760 mmHg (het kwik bevindt zich op dezelfde hoogte in zowel de arm met het monster als de arm die openstaat voor de atmosfeer); het volume is V. (b) als aan de rechterkant voldoende kwik wordt toegevoegd om een hoogteverschil van 760 mmHg tussen de twee armen te geven, is de druk van het gas 760 mmHg (Atmosferische druk) + 760 mmHg = 1520 mmHg en is het volume V/2. (c) als een extra 760 mmHg aan de rechterkolom wordt toegevoegd, neemt de totale druk op het gas toe tot 2280 mmHg en neemt het volume van het gas af tot V/3.,

het delen van beide zijden door \(P\) geeft een vergelijking die de inverse relatie tussen \(P\) en \(V\) illustreert:

\

of

\

waar het ∝ symbool wordt gelezen ” evenredig is aan.”Een grafiek van V versus 1 / P is dus een rechte lijn waarvan de helling gelijk is aan de constante in vergelijking 6.2.1 en vergelijking 6.2.3. Het delen van beide zijden van vergelijking 6.2.1 door V in plaats van P geeft een vergelijkbare relatie tussen P en 1/V., De numerieke waarde van de constante hangt af van de hoeveelheid gas die in het experiment wordt gebruikt en van de temperatuur waarbij de experimenten worden uitgevoerd. Deze relatie tussen druk en volume staat bekend als de wet van Boyle, naar zijn ontdekker, en kan als volgt worden gesteld: bij constante temperatuur is het volume van een vaste hoeveelheid van een gas omgekeerd evenredig met zijn druk.

Figure \(\Paginindex{2}\): Plots van de gegevens van Boyle. (A) Hier zijn feitelijke gegevens van een typisch experiment uitgevoerd door Boyle., Boyle gebruikte niet-SI-eenheden om het volume te meten (in.3 in plaats van cm3) en de druk (in. Hg in plaats van mmHg). (b) Deze grafiek van druk versus volume is een hyperbool. Omdat PV een constante is, resulteert het verlagen van de druk met een factor twee in een tweevoudige toename van het volume en vice versa. (C) een grafiek van volume versus 1 / druk voor dezelfde gegevens toont het omgekeerde lineaire verband tussen de twee grootheden, uitgedrukt door de vergelijking V = constant / P.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *