กฎของ BOYLE-MARIOTTE: ประวัติศาสตร์การแสดงออกตัวอย่าง - เคมี - 2026

กฎหมายบอยล์ - มาริออตต์เป็นกฎหมายที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันที่กระทำโดยหรือกับก๊าซและปริมาตรที่มีอยู่ รักษาอุณหภูมิของก๊าซให้คงที่ตลอดจนปริมาณ (จำนวนโมล)

กฎหมายนี้ร่วมกับ Charles, Gay-Lussac, Charles และ Avogadro อธิบายถึงพฤติกรรมของก๊าซในอุดมคติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาชนะปิดที่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรซึ่งกระทำโดยแรงทางกล

เพิ่มความดันโดยการลดปริมาตรของภาชนะ ที่มา: Gabriel Bolívar

ภาพด้านบนสรุปสั้น ๆ เกี่ยวกับกฎหมาย Boyle-Mariotte

จุดสีม่วงแสดงถึงโมเลกุลของแก๊สหรืออะตอมซึ่งชนกับผนังด้านในของภาชนะ (ซ้าย) เมื่อพื้นที่หรือปริมาตรที่มีอยู่ในภาชนะบรรจุที่ถูกครอบครองโดยก๊าซนี้ลดลงการชนกันจะเพิ่มขึ้นซึ่งแปลเป็นการเพิ่มความดัน (ขวา)

สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าความดัน P และปริมาตร V ของก๊าซมีสัดส่วนผกผันหากภาชนะปิดสนิท มิฉะนั้นความดันที่สูงขึ้นจะเท่ากับการขยายตัวของภาชนะมากขึ้น

ถ้าสร้างกราฟ V เทียบกับ P โดยใช้ข้อมูลของ V และ P บนแกน Y และ X ตามลำดับจะสังเกตเห็นเส้นโค้งแบบไม่แสดงอาการ V ที่เล็กกว่าการเพิ่มขึ้นของ P ยิ่งมากขึ้น นั่นคือเส้นโค้งจะขยายไปสู่ค่าสูงของ P บนแกน X

แน่นอนว่าอุณหภูมิยังคงที่ แต่ถ้าทำการทดลองเดียวกันที่อุณหภูมิต่างกันตำแหน่งสัมพัทธ์ของเส้นโค้ง V vs P เหล่านี้จะเปลี่ยนไปบนแกนคาร์ทีเซียน การเปลี่ยนแปลงจะชัดเจนยิ่งขึ้นหากวางลงบนแกนสามมิติโดยมีค่าคงที่ T บนแกน Z

ประวัติกฎหมายของบอยล์

พื้นหลัง

เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์กาลิเลโอกาลิเลอีแสดงความเชื่อในการมีอยู่ของสุญญากาศ (1638) นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มศึกษาคุณสมบัติของอากาศและช่องว่างบางส่วน

โรเบิร์ตบอยล์นักเคมีชาวแองโกล - ไอริชเริ่มศึกษาคุณสมบัติของอากาศในปี ค.ศ. 1638 จากการเรียนรู้ว่า Otto von Guericke วิศวกรและนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้สร้างปั๊มลม

การทดลองปรอท

เพื่อทำการศึกษาเรื่องความกดอากาศ Boyle ได้ใช้หลอดแก้วรูปตัว“ J” ซึ่งเป็นโครงสร้างของ Robert Hooke ผู้ช่วยของ Boyle ปลายแขนสั้นถูกปิดผนึกในขณะที่ปลายแขนยาวของท่อเปิดออกเพื่อวางปรอท

จากจุดเริ่มต้น Boyle ต้องการศึกษาความยืดหยุ่นของอากาศในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ การเทปรอทผ่านปลายเปิดของท่อ "J" บอยล์อนุมานได้ว่าอากาศในแขนสั้นของท่อหดตัวภายใต้ความกดดันของปรอท

ผล

ยิ่งมีการเติมปรอทเข้าไปในหลอดมากเท่าไหร่ความดันที่กระทำต่ออากาศก็จะยิ่งมากขึ้นและปริมาตรของมันก็จะยิ่งน้อยลง บอยล์ได้พล็อตปริมาณอากาศแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลที่เป็นลบเป็นฟังก์ชันของความดัน

ในขณะเดียวกันถ้าปริมาตรของอากาศถูกพล็อตเทียบกับความดันผกผันเราจะมีเส้นตรงที่มีความชันเป็นบวก

ในปี 1662 บอยล์ได้ตีพิมพ์กฎทางกายภาพฉบับแรกที่กำหนดในรูปแบบของสมการซึ่งระบุถึงการพึ่งพาการทำงานของตัวแปรสองตัว ในกรณีนี้ความดันและปริมาตร

บอยล์ชี้ให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างความดันที่กระทำต่อก๊าซกับปริมาตรที่ก๊าซครอบครองความสัมพันธ์นี้ค่อนข้างเป็นจริงสำหรับก๊าซจริง ก๊าซส่วนใหญ่มีพฤติกรรมเหมือนก๊าซในอุดมคติที่อุณหภูมิและความกดดันปานกลาง

เมื่อเกิดแรงกดดันที่สูงขึ้นและอุณหภูมิที่ต่ำลงความเบี่ยงเบนในพฤติกรรมของก๊าซจริงจากอุดมคติก็จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนขึ้น

Edme mariotte

Edme Mariotte นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส (1620-1684) ค้นพบกฎหมายเดียวกันในปี 1679 โดยอิสระ แต่มีข้อดีที่แสดงให้เห็นว่าปริมาตรแปรผันตามอุณหภูมิ นั่นคือเหตุผลที่เรียกว่ากฎของ Mariotte หรือกฎของ Boyle และ Mariotte

การเสริมสร้างกฎหมาย

Daniel Bernoulli (1737) เสริมสร้างกฎของ Boyle โดยชี้ให้เห็นว่าความดันของก๊าซเกิดจากผลกระทบของอนุภาคก๊าซบนผนังของภาชนะบรรจุที่บรรจุอยู่

ในปีพ. ศ. 2388 จอห์นวอเตอร์สตันตีพิมพ์บทความทางวิทยาศาสตร์ซึ่งเขามุ่งเน้นไปที่หลักการสำคัญของทฤษฎีจลน์ของก๊าซ

ต่อมารูดอล์ฟคลาซิอุส, เจมส์แม็กซ์เวลล์และลุดควิกโบลต์ซมานน์ได้รวมทฤษฎีจลน์ของก๊าซซึ่งเกี่ยวข้องกับความดันที่กระทำโดยก๊าซกับความเร็วของอนุภาคก๊าซในการเคลื่อนที่

ยิ่งภาชนะบรรจุก๊าซมีปริมาตรน้อยเท่าใดความถี่ของผลกระทบของอนุภาคที่ก่อตัวกับผนังของภาชนะก็จะมากขึ้น ดังนั้นยิ่งก๊าซมีแรงดันมากเท่าไร

กฎหมายนี้เกี่ยวกับอะไร?

การทดลองที่ดำเนินการโดย Boyle ระบุว่ามีความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างปริมาตรที่ครอบครองโดยก๊าซและความดันที่กระทำกับมัน อย่างไรก็ตามความสัมพันธ์ที่ระบุไม่ได้เป็นเชิงเส้นอย่างสมบูรณ์ตามที่ระบุโดยกราฟการแปรผันของปริมาตรซึ่งเป็นฟังก์ชันของความดันที่เกิดจากบอยล์

กฎของบอยล์ระบุว่าปริมาตรที่ครอบครองโดยก๊าซนั้นแปรผกผันกับความดัน นอกจากนี้ยังระบุด้วยว่าผลิตภัณฑ์ของความดันของก๊าซและปริมาตรคงที่

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์

ในการมาถึงนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของกฎหมาย Boyle-Mariotte เราเริ่มจาก:

V ∝ 1 / หน้า

โดยที่บ่งชี้ว่าปริมาตรที่ครอบครองโดยก๊าซนั้นแปรผกผันกับความดัน อย่างไรก็ตามมีค่าคงที่ที่กำหนดว่าความสัมพันธ์นี้เป็นสัดส่วนผกผันอย่างไร

V = k / P

โดยที่ k คือค่าคงที่ของสัดส่วน การแก้หา k เรามี:

รองประธาน = k

ผลคูณของความดันของก๊าซและปริมาตรคงที่ ดังนั้น:

V ₁ P ₁ = k และ V ₂ P ₂ = k

และจากสิ่งนี้สามารถอนุมานได้ว่า:

V ₁ P ₁ = V ₂ P ₂

หลังเป็นนิพจน์สุดท้ายหรือสมการสำหรับกฎของบอยล์

มีไว้เพื่ออะไร? กฎหมายของบอยล์แก้ปัญหาอะไร?

เครื่องยนต์ไอน้ำ

รถไฟไอน้ำ. ที่มา: Pixabay

กฎหมาย Boyle-Mariotte ถูกนำไปใช้ในการทำงานของเครื่องจักรไอน้ำ เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอกที่ใช้การเปลี่ยนพลังงานความร้อนของปริมาณน้ำให้เป็นพลังงานกล

น้ำจะถูกทำให้ร้อนในหม้อไอน้ำที่ปิดสนิทและไอน้ำที่ผลิตได้จะออกแรงดันตามกฎของ Boyle-Mariote ที่ทำให้ปริมาตรของกระบอกสูบขยายตัวโดยการดันลูกสูบ

การเคลื่อนที่เชิงเส้นของลูกสูบถูกเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนโดยใช้ระบบเชื่อมต่อของแท่งและข้อเหวี่ยงซึ่งสามารถขับเคลื่อนล้อของรถจักรหรือโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้

ปัจจุบันเครื่องจักรไอน้ำทางเลือกเป็นเครื่องยนต์ที่ใช้น้อยเนื่องจากถูกแทนที่โดยมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องยนต์สันดาปภายในในยานพาหนะขนส่ง

จิบเครื่องดื่ม

การดูดน้ำอัดลมหรือน้ำผลไม้จากขวดผ่านหลอดพลาสติกเกี่ยวข้องกับกฎหมาย Boyle-Mariotte เมื่ออากาศถูกดูดออกจากท่อโดยใช้ปากจะมีความดันภายในท่อลดลง

การลดลงของความดันนี้ช่วยให้ของเหลวในท่อเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนทำให้สามารถกลืนเข้าไปได้ หลักการเดียวกันนี้ใช้ได้กับการดึงเลือดโดยใช้เข็มฉีดยา

ระบบทางเดินหายใจ

ระบบทางเดินหายใจ. ที่มา: Pixabay

กฎหมาย Boyle-Mariotte เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการทำงานของระบบทางเดินหายใจ ในช่วงแรงบันดาลใจไดอะแฟรมและกล้ามเนื้ออื่น ๆ หดตัว ตัวอย่างเช่น Intercostals ภายนอกที่สร้างการขยายตัวของโครงกระดูกซี่โครง

ทำให้ความดันภายในปอดลดลงทำให้ปอดขยายตัวทำให้ปริมาตรปอดเพิ่มขึ้น ดังนั้นความดันในปอดจึงลดลงตามกฎหมาย Boyle-Mariotte

เมื่อความดันในปอดกลายเป็นใต้บรรยากาศอากาศในชั้นบรรยากาศจะไหลเข้าสู่ปอดทำให้ความดันในปอดเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเท่ากับความกดดันของมันกับความดันบรรยากาศและสรุประยะแรงบันดาลใจ

ต่อจากนั้นกล้ามเนื้อหายใจไม่ออกจะคลายตัวและกล้ามเนื้อหายใจหดตัว นอกจากนี้การหดตัวของปอดแบบยืดหยุ่นเกิดขึ้นซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ทำให้ปริมาตรปอดลดลงพร้อมกับความดันในปอดที่เพิ่มขึ้นตามที่อธิบายโดยกฎหมาย Boyle-Mariotte

เมื่อความดันในปอดเพิ่มขึ้นและมากกว่าความดันบรรยากาศอากาศจะไหลจากภายในปอดไปสู่บรรยากาศ สิ่งนี้เกิดขึ้นจนกว่าความกดดันจะเท่ากันซึ่งจะสรุประยะการหายใจออก

ตัวอย่าง (การทดลอง)

การทดลอง 1

วางบอลลูนขนาดเล็กที่ปิดสนิททำปมไว้ในปากภายในกระบอกฉีดยาซึ่งลูกสูบถูกถอนออกไปประมาณ 20 มล. ลูกสูบของกระบอกฉีดยาวางอยู่ตรงกลางของเข็มฉีดยาเข็มจะถูกถอนออกและช่องอากาศจะถูกปิดกั้น

การสังเกต

โดยการดึงลูกสูบของหัวฉีดอย่างช้าๆจะสังเกตเห็นว่าบอลลูนพองขึ้น

คำอธิบาย

แรงกดดันสองอย่างจะกระทำกับผนังของบอลลูน: ความดันที่ใบหน้าด้านในผลิตภัณฑ์ของอากาศที่บรรจุอยู่ภายในบอลลูนและความดันอีกอันหนึ่งที่ใบหน้าด้านนอกของบอลลูนซึ่งกระทำโดยอากาศที่บรรจุอยู่ในหลอดฉีดยา

ด้วยการดึงลูกสูบของหัวฉีดจะมีการสร้างสุญญากาศครึ่งหนึ่งขึ้นภายใน ดังนั้นความดันอากาศที่ด้านนอกของผนังปั๊มจึงลดลงทำให้ความดันที่ออกแรงภายในปั๊มค่อนข้างสูงขึ้น

ความดันสุทธินี้ตามกฎหมาย Boyle-Mariote จะทำให้ผนังของบอลลูนมีระยะห่างและปริมาตรของบอลลูนเพิ่มขึ้น

การทดลองที่ 2

ขวดพลาสติกถูกตัดครึ่งหนึ่งโดยประมาณเพื่อให้แน่ใจว่าการตัดอยู่ในแนวนอนมากที่สุด วางบอลลูนไว้ในปากขวดอย่างแน่นหนาในขณะเดียวกันก็วางน้ำจำนวนหนึ่งไว้ในจานลึก

การสังเกต

โดยวางก้นขวดโดยให้ลูกโป่งอยู่เหนือน้ำในจานลูกโป่งจะพองตัวพอประมาณ

คำอธิบาย

น้ำจะแทนที่อากาศจำนวนหนึ่งทำให้ความดันอากาศที่ผนังขวดและด้านในบอลลูนเพิ่มขึ้น สาเหตุนี้ตามกฎหมาย Boyle-Mariotte การเพิ่มขึ้นของปริมาตรของบอลลูนซึ่งมองเห็นได้จากอัตราเงินเฟ้อของบอลลูน

อ้างอิง

1. วิกิพีเดีย (2019) กฎหมายของบอยล์ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
2. บรรณาธิการของสารานุกรมบริแทนนิกา (27 กรกฎาคม 2561). กฎหมายของบอยล์ สารานุกรมบริแทนนิกา. ดึงมาจาก: britannica.com
3. Helmenstine, ทอดด์ (05 ธันวาคม 2561). สูตรสำหรับกฎของบอยล์ ดึงมาจาก: thoughtco.com
4. ภาพยนตร์หนุ่มสาวอินเดีย (15 พ.ค. 2561). กฎของบอยล์: การทดลองวิทยาศาสตร์สำหรับเด็ก ดึงมาจาก: yifindia.com
5. Cecilia Bembibre (22 พฤษภาคม 2554). บอลลูนอากาศร้อน. นิยาม ABC สืบค้นจาก: Definicionabc.com
6. กานอง, W, F. (2003). สรีรวิทยาการแพทย์. (พิมพ์ครั้งที่ 19). บทบรรณาธิการคู่มือสมัยใหม่