На протяжении веков ученые открыли законы, объясняющие, как такие свойства, как объем и давление, влияют на поведение газов. Вы становитесь свидетелями реального применения по крайней мере одного из этих законов - закона Бойля - ежедневно, возможно, даже не подозревая, что соблюдаете важные научные принципы в действии.
Молекулярное движение, объем и мячи
Согласно закону Чарльза, увеличение объема пропорционально увеличению температуры, если вы нагреете фиксированное количество газа при постоянном давлении. Продемонстрируйте этот закон, наблюдая, как надутый футбольный мяч, который находился в помещении, становится меньше, если вы выносите его на улицу в холодный день. Распределители пропана пользуются законом Чарльза, понижая температуру до -42,2 градуса. Цельсия (-44 по Фаренгейту) - действие, которое превращает пропан в жидкость, которую легче транспортировать и хранить. Пропан сжижается, потому что при понижении температуры молекулы газа сближаются, и объем уменьшается.
Дыхание затрудняется из-за закона Далтона
Закон Дальтона гласит, что полное давление газовой смеси равно сумме всех газов, содержащихся в смеси, как показано в следующем уравнении:
В этом примере предполагается, что в смеси присутствует только два газа. Одним из следствий этого закона является то, что на кислород приходится 21 процент общего давления атмосферы, потому что он составляет 21 процент атмосферы. Люди, поднимающиеся на большие высоты, испытывают закон Дальтона, когда пытаются дышать. По мере того, как они поднимаются выше, парциальное давление кислорода уменьшается, так как общее атмосферное давление уменьшается в соответствии с законом Дальтона. Кислоду трудно попасть в кровоток, когда парциальное давление газа снижается. Когда это происходит, может возникнуть гипоксия - серьезная медицинская проблема, которая может привести к смерти.
Удивительные последствия закона Авогадро
Амадео Авогадро сделал в 1811 году интересные предложения, которые теперь формулируют закон Авогадро. В нем говорится, что один газ содержит такое же количество молекул, что и другой газ равного объема при той же температуре и давлении. Это означает, что когда вы удваиваете или утраиваете молекулы газа, объем увеличивается вдвое или втрое, если давление и температура остаются постоянными. Массы газов не будут одинаковыми, поскольку они имеют разную молекулярную массу. Этот закон гласит, что воздушный шар и идентичный воздушный шар, содержащий гелий, не имеют одинакового веса. потому что молекулы воздуха, состоящие в основном из азота и кислорода, имеют большую массу, чем гелий молекулы.
Магия обратной зависимости давления
Роберт Бойль также изучил интригующие взаимосвязи между объемом, давлением и другими свойствами газа. Согласно его закону, давление газа, умноженное на его объем, является постоянной величиной, если газ функционирует как идеальный газ. Это означает, что давление газа, умноженное на объем, в один момент равно его давлению, умноженному на объем, в другой после того, как вы настроите одно из этих свойств. Следующее уравнение иллюстрирует эту взаимосвязь:
P_1V_1 = P_2V_2
В идеальных газах кинетическая энергия включает всю внутреннюю энергию газа, и при изменении этой энергии происходит изменение температуры. (ссылка 6, первый абзац относительно этого определения). Принципы этого закона затрагивают несколько областей реальной жизни. Например, когда вы вдыхаете, ваша диафрагма увеличивает объем ваших легких. Закон Бойля гласит, что давление в легких уменьшается, в результате чего атмосферное давление наполняет легкие воздухом. Когда вы выдыхаете, происходит обратное. Шприц наполняется по тому же принципу, вытягивая поршень, и объем шприца увеличивается, вызывая соответствующее снижение давления внутри. Поскольку жидкость находится под атмосферным давлением, она течет в область низкого давления внутри шприца.