Закон Бойля-Маріотта (Ізотерма), один із основних газових законів, який описує ізотермічні процеси в ідеальних газах. Його встановили вчені Р. Бойль в 1662 і Е. Маріотт в 1676 незалежно один від одного при експериментальному вивченні залежності тиску газу від його об'єму при постійній температурі.
Відповідно до закону Бойля-Маріотта при постійній температурі (Т=const), Об'єм (V) даної маси (m) ідеального газу, обернено пропорційний його тиску (р):
pV = const = З при T = const і m = const
Постійна З пропорційна масі газу (числу молей) та його абсолютній температурі. Іншими словами: добуток об'єму даної маси ідеального газу на його тиск постійно при постійній температурі. Закон Бойля - Маріотта виконується суворо ідеального газу. Для реальних газів закон Бойля - Маріотта виконується приблизно. Практично всі гази поводяться як ідеальні при не дуже високих тисках і не дуже низьких температурах.
Закон Бойля - Маріотта випливає з кінетичної теорії газів, коли приймається припущення, що розміри молекул зневажливо малі в порівнянні з відстанню між ними і відсутня міжмолекулярна взаємодія. При великих тисках необхідно вводити поправки на сили тяжіння між молекулами та обсяг самих молекул. Як і рівняння Клайперона, закон Бойля - Маріотта описує граничний випадок поведінки реального газу, який більш точно описується рівнянням Ван-дер-Ваальса. Застосування закону приблизно можна спостерігати в процесі стиснення повітря компресором або в результаті розширення газу під поршнем насоса при відкачуванні його з судини.
Термодинамічний процес, який відбувається за постійної температури називається ізотермічним. Зображення його на графіці (рис.1) називається ізотермою.
Рис.1
Закон Гей-Люссака. Ізабара
Французький учений Ж. Гей-Люссак в 1802 знайшов експериментально залежність обсягу газу від температури при постійному тиску. Дані є основою газового закону Гей-Люссака.
Формулювання закону Гей-Люссака таке: для даної маси газу відношення обсягу газу до його температури постійно, якщо тиск газу не змінюється. Цю залежність математично записують так:
V/Т=const, якщо P=const та m=const
Цей закон приблизно можна спостерігати, коли відбувається розширення газу при його нагріванні в циліндрі з рухомим поршнем. Постійність тиску в циліндрі забезпечується атмосферним тиском на зовнішню поверхню поршня. Іншим проявом закону Гей-Люссака є аеростат. Закон Гей-Люссака не дотримується області низьких температур, близьких до температури зрідження (конденсації) газів.
Закон справедливий для ідеального газу. Він непогано виконується для розріджених газів, які за своїми властивостями близькі до ідеального. Температура газу має бути досить великою.
Графічно ця залежність у координатах V-T зображується у вигляді прямої, що виходить з точки Т=0. Цю пряму називають ізобарою. Різним тискам відповідають різні ізобари. Процес зміни стану термодинамічної системипри постійному тиску називають ізобарним (рис.2, графік ізобарного процесу).
Рис.2
Закон Шарля. Ізохора
Французький вчений Ж. Шарль в 1787 знайшов експериментально залежність тиску газу від температури при постійному обсязі. Дані є основою газового закону Шарля.
Формулювання закону Шарля таке: для даної маси газу відношення тиску газу до його температури постійно, якщо обсяг газу не змінюється. Цю залежність математично записують так:
P/Т=const, якщо V=const та m=const
Цей закон приблизно можна спостерігати, коли відбувається збільшення тиску газу в будь-якій ємності або в електричній лампочці при нагріванні. Ізохорний процес використовується в газових термометрах постійного об'єму. Закон Шарля не дотримується області низьких температур, близьких до температури зрідження (конденсації) газів.
Закон справедливий для ідеального газу. Він добре виконується для розріджених газів, які за своїми властивостями близькі до ідеального. Температура газу має бути досить високою. Процес має відбуватися дуже повільно
Графічно ця залежність у координатах P-Tзображується у вигляді прямої, що виходить із точки Т=0. Цю пряму називають ізохорою. Різним обсягам відповідають різні ізохори. Процес зміни стану термодинамічної системи при постійному обсязі називають ізохорним. Рис.3 (графік ізохорного процесу).
22. Закон Бойля-Маріотта
Одним із законів ідеального газу є закон Бойля-Маріотта,який говорить: тиск тиску Pна обсяг Vгазу при постійних масі газу та температурі постійно. Ця рівність носить назву рівняння ізотерми. Ізотерма зображується на PV-діаграмі стану газу у вигляді гіперболи та в залежності від температури газу займає те чи інше положення. Процес, що йде при Т= const, називається ізотермічним.Газ при Т= const має постійну внутрішню енергію U. Якщо газ ізотермічно розширюється, то вся теплота йде на виконання роботи. Робота, яку здійснює газ, розширюючись ізотермічно, дорівнює кількості теплоти, яку потрібно повідомити газу для її виконання:
dА= dQ= PdV,
де d А- Елементарна робота;
dV-елементарний об'єм;
P- Тиск. Якщо V 1 > V 2 та P 1< P 2 , то газ сжимается, и работа принимает отрицательное значение. Для того чтобы условие Т= const виконувалося, необхідно вважати зміни тиску та обсягу нескінченно повільними. Також пред'являється вимога до середовища, в якому знаходиться газ: воно має мати досить велику теплоємність. Формули до розрахунку підходять у разі підведення до системи теплової енергії. Стисненнягазу називається його властивість змінюватися в об'ємі за зміни тиску. Кожна речовина має коефіцієнт стисливості,і він дорівнює:
c = 1 / VПро (dV / CP) T ,
тут похідна береться за Т= Const.
Коефіцієнт стисливості вводиться, щоб охарактеризувати зміну обсягу зміни тиску. Для ідеального газу він дорівнює:
c = -1 / P.
У СІ коефіцієнт стисливості має таку розмірність: [c] = м2/Н.
Цей текст є ознайомлювальним фрагментом.З книги Творчість як точна наука [Теорія вирішення винахідницьких завдань] автора Альтшуллер Генріх Саулович1. Закон повноти частин системи Необхідною умовою принципової життєздатності технічної системи є наявність і мінімальна працездатність основних частин системи. Кожна технічна система повинна включати чотири основні частини: двигун,
Із книги Інтерфейс: нові напрямки в проектуванні комп'ютерних систем автора Раскін Джефф2. Закон «енергетичної провідності» системи Необхідною умовою принципової життєздатності технічної системи є наскрізний прохід енергії по всіх частинах системи. Будь-яка технічна система є перетворювачем енергії. Звідси очевидна
З книги Приладобудування автора Бабаєв М А6. Закон переходу в надсистему Вичерпавши можливості розвитку, система входить у надсистему як одну з елементів; при цьому розвиток йде на рівні надсистеми. Про цей закон ми вже говорили. Перейдемо до динаміки. Вона включає закони, що відображають
З книги Теплотехніка автора Бурханова Наталія7. Закон переходу з макрорівня на мікрорівень Розвиток робочих органів системи, йде спочатку на макро-, а потім на мікрорівні. У більшості сучасних технічних систем робочими органами є «залізниці», наприклад, гвинти літака, колеса автомобіля, різці
З книги Комп'ютерна лінгвістика для всіх: Міфи. Алгоритми. Мова автора Анісімов Анатолій Васильович8. Закон збільшення ступеня вепольності Розвиток технічних систем йде у напрямку збільшення ступеня вепольності. Сенс цього закону полягає в тому, що невепольні системи прагнуть стати вепольними, а у вепольних системах розвиток йде у напрямку
З книги Феномен науки [Кібернетичний підхід до еволюції] автора Турчин Валентин Федорович З книги Нанотехнології [Наука, інновації та можливості] автора Фостер Лінн4.4.1. Закон Фітса Уявімо, що ви переміщаєте курсор до кнопки на екрані. Кнопка є метою переміщення. Довжина прямої лінії, що з'єднує початкову позицію курсору та найближчу точку цільового об'єкта, визначається у законі Фітса як дистанція. на
З книги Історія видатних відкриттів та винаходів (електротехніка, електроенергетика, радіоелектроніка) автора Шнейберг Ян Абрамович4.4.2. Закон Хіка Перед тим як перемістити курсор до мети або зробити будь-яку іншу дію з набору безлічі варіантів, користувач повинен вибрати цей об'єкт або дію. У законі Хіка стверджується, що коли необхідно зробити вибір із n варіантів, час на вибір
З книги автора9. Закон розподілу Пуассона та Гауса Закон Пуассона. Інша назва його – закон ра-визначення рідкісних подій. Закон Пуассона (З. П.) застосовується в тих випадках, коли малоймовірно, і тому застосування Б/З/Р недоцільно. Достоїнствами закону є: зручність при
З книги автора23. Закон Гей-Люссака Закон Гей-Люссака говорить: відношення обсягу газу до його температури при незмінних тиску газу та його масі постійно. назва рівняння ізобари.Ізобара зображується на PV-діаграмі прямий,
З книги автора24. Закон Шарля Закон Шарля стверджує, що відношення тиску газу до його температури постійно, якщо об'єм і маса газу незмінні: P / Т = m / MО R / V = constпри V = const, m = const. Ця рівність носить назву рівняння ізохори .Ізохора зображується на PV-діаграмі прямої, паралельної осі P, а
З книги автора30. Закон збереження та перетворення енергії Перший закон термодинаміки заснований на загальному законі збереження та перетворення енергії, який встановлює, що енергія не створюється і не зникає. Тіла, що беруть участь у термодинамічному процесі, взаємодіють один з
З книги автораЦАРІВНА-ЖАБА І ЗАКОН СТІЙКОСТІ Як уже наголошувалося раніше (закон абстракції), первісне мислення вміло аналізувати конкретні явища та синтезувати нові абстрактні системи. Оскільки будь-який сконструйований свідомістю об'єкт сприймався живим, а живе
З книги автора1.1. Основний закон еволюції У процесі еволюції життя, наскільки нам відомо, завжди відбувалося і відбувається зараз збільшення загальної маси живої речовини та ускладнення її організації. Ускладнюючи організацію біологічних утворень, природа діє за методом спроб і
З книги автора4.2. Закон Мура У своєму найпростішому формулюванні закон Мура зводиться до твердження, що щільність монтажу транзисторних схем зростає вдвічі за кожні 18 місяців. Авторство закону приписують одному із засновників відомої фірми Intel Гордону Муру. Строго кажучи, в
Закон Бойля - Маріотта
Закон Бойля - Маріотта- один з основних газових законів, відкритий в 1662 Робертом Бойлем і незалежно перевідкритий Едмом Маріоттом в 1676 році. Описує поведінку газу в ізотермічному процесі. Закон є наслідком рівняння Клапейрона.
- 1 Формулювання
- 2 Наслідки
- 3 Див.
- 4 Примітки
- 5 Література
Формулювання
Твердження закону Бойля - Маріотта полягає в наступному:
При постійних температурі та масі газу добуток тиску газу на його обсяг постійно.
У математичній формі це твердження записується у вигляді формули
де – тиск газу; - Обсяг газу, а - постійна в обумовлених умовах величина. У загальному випадку значення визначається хімічною природою, масою та температурою газу.
Очевидно, якщо індексом 1 позначити величини, які стосуються початкового стану газу, а індексом 2 - до кінцевого, то наведену формулу можна записати як
.
Зі сказаного і наведених формул випливає вигляд залежності тиску газу від його обсягу в ізотермічному процесі:
Ця залежність є інше, еквівалентне першому, вираз змісту закону Бойля - Маріотта. Вона означає, що
Тиск деякої маси газу, що знаходиться при постійній температурі, обернено пропорційно його обсягу.
Тоді зв'язок початкового та кінцевого станів газу, який брав участь в ізотермічному процесі, можна виразити у вигляді:
Слід зазначити, що застосування цієї і наведеної вище формули, що зв'язує початкові і кінцеві тиски і об'єми газу один з одним, не обмежується випадком ізотермічних процесів. Формули залишаються справедливими й у випадках, коли під час процесу температура змінюється, але результаті процесу кінцева температура виявляється рівної початкової.
Важливо уточнити, що цей закон справедливий лише в тих випадках, коли цей газ можна вважати ідеальним. Зокрема, з високою точністю закон Бойля - Маріотта виконується стосовно розріджених газів. Якщо ж газ дуже стислий, то спостерігаються суттєві відступи від цього закону.
Закон Бойля – Маріотта, закон Шарля та закон Гей-Люссака, доповнені законом Авогадро, є достатньою основою для отримання рівняння стану ідеального газу.
Наслідки
Закон Бойля - Маріотта стверджує, що тиск газу в ізотермічному процесі обернено пропорційно займаному газом. Якщо врахувати, що щільність газу також обернено пропорційна об'єму, який він займає, то ми прийдемо до висновку:
При ізотермічному процесі тиск газу змінюється прямо пропорційно до його щільності.
Відомо, що стисливість, тобто здатність газу змінювати свій обсяг під впливом тиску, характеризується коефіцієнтом стисливості. У разі ізотермічного процесу говорять про ізотермічний коефіцієнт стисливості, який визначається формулою
де індекс T означає, що похідна приватна береться при постійній температурі. Підставляючи в цю формулу вираз для зв'язку тиску та обсягу із закону Бойля - Маріотта, отримуємо:Таким чином, приходимо до висновку:
Ізотермічний коефіцієнт стисливості ідеального газу дорівнює зворотній величині його тиску.
Див. також
- Закон Гей-Люссака
- Закон Шарля
- Закон Авогадро
- Ідеальний газ
- Рівняння стану ідеального газу
Примітки
- Бойля – Маріотта закон // Фізична енциклопедія / Гол. ред. А. М. Прохоров. - М: Радянська енциклопедія, 1988. - Т. 1. - С. 221-222. – 704 с. - 100 000 екз.
- Сівухін Д. В. Загальний курс фізики. – М.: Фізматліт, 2005. – Т. II. Термодинаміка та молекулярна фізика. – С. 21-22. – 544 с. - ISBN 5-9221-0601-5.
- 1 2 Елементарний підручник фізики/За ред. Г. С. Ландсберг. - М: Наука, 1985. - Т. I. Механіка. Теплота. Молекулярна фізика – С. 430. – 608 с.
- 1 2 3 Кікоїн А. К., Кікоїн І. К. Молекулярна фізика. - М: Наука, 1976. - С. 35-36.
- При постійній масі.
- Лівшиць Л. Д. Стиснення // Фізична енциклопедія / Гол. ред. А. М. Прохоров. - М: Велика Російська енциклопедія, 1994. - Т. 4. - С. 492-493. – 704 с. - 40 000 екз.
ISBN 5-85270-087-8.
Література
- Петрушевський Ф. Ф. Бойля-Маріотта закон // Енциклопедичний словник Брокгауза та Єфрона: у 86 т. (82 т. та 4 дод.). – СПб., 1890-1907.
Закон Бойля - Маріотта Інформація Про
Закон Бойля - Маріотта
Закон Бойля - Маріотта
Закон Бойля - МаріоттаВи переглядаєте суб'єкт
Закон Бойля - Маріотта що, Закон Бойля - Маріотта хто, Закон Бойля - Маріотта опис
Там є excerpts from wikipedia on this article and video
Наш сайт має систему у функції пошукової системи. Вище: «що ви шукали?» Ви можете запросити все у системі з коробкою. Ласкаво просимо до нашої простої, стильної та швидкої пошукової системи, яку ми підготували, щоб надати вам найточнішу та найактуальнішу інформацію.
Пошукова система, розроблена для вас, доставляє вам найактуальнішу та найточнішу інформацію з простим дизайном та системою швидкого функціонування. Ви можете знайти майже будь-яку інформацію, яку ви шукаєте на нашому сайті.
На даний момент ми служимо лише англійською, турецькою, російською, українською, казахською та білоруською мовами.
Незабаром до системи будуть додані нові мови.
Життя відомих людейдає вам інформацію, зображення та відео про сотні тем, таких як політики, урядовці, лікарі, інтернет-сайти, рослини, технологічні транспортні засоби, автомобілі і т.д.
Закон Бойля-Маріотта
Кількісне співвідношення між обсягом і тиском газу вперше встановив Роберт Бойль в 1662 * Закон Бойля-Маріотта говорить, що при постійній температурі об'єм газу обернено пропорційний його тиску.
Цей закон застосовний до будь-якої фіксованої кількості газу. Як видно із рис. 3.2, його графічне уявлення може бути різним. Лівий графік показує, що з малому тиску обсяг фіксованого кількості газу великий.
Об'єм газу зменшується при збільшенні його тиску. Математично це записується так:
Однак зазвичай закон Бойля-Маріотта записують у вигляді
Такий запис дозволяє, наприклад, знаючи вихідний обсяг газу V1 та його тиск р обчислити тиск р2 у новому обсязі V2.
Закон Гей-Люссака (закон Шарля)
У 1787 р. Шарль показав, що з постійному тиску обсяг газу змінюється (пропорційно його температурі. Ця залежність представлена в графічній форміна рис. 3.3 з якого видно, що обсяг газу лінійно пов'язаний з його температурою. У математичній формі ця залежність виражається так:
Закон Шарля найчастіше записують в іншому вигляді:
V1IT1 = V2T1 (2)
Закон Шарля удосконалив Ж. Гей-Люссак, який у 1802 р. встановив, що обсяг газу за зміни його температури на 1°С змінюється на 1/273 частину того обсягу, що він займав при 0°С.
Звідси випливає, що й узяти довільний обсяг будь-якого газу при 0°З постійним тиском зменшити його температуру на 273°С, то кінцевий обсяг виявиться рівним нулю. Це відповідає температурі -273 ° С, або 0 К. Така температура називається абсолютним нулем. Насправді її не можна досягти. На рис.
3.3 показано, як екстраполяція графіків залежності об'єму газу від температури призводить до нульового об'єму при 0К.
Абсолютний нуль, строго кажучи, недосяжний. Однак у лабораторних умовах вдається досягти температур, що відрізняються від абсолютного нуля всього на 0,001 К. За таких температур безладні рухи молекул практично припиняються. Це призводить до появи дивовижних властивостей.
Наприклад, метали, охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля, майже повністю втрачають електричний опір і стають надпровідними. Приклад речовин з іншими незвичайними низькотемпературними властивостями є гелій.
При температурах, близьких до абсолютного нуля, у гелію зникає в'язкість і він стає надплинним.* У 1987 р. виявлено речовини (кераміка, спечена з оксидів лантаноїдних елементів, барію та міді), які стають надпровідними при порівняно високих температурах, близько 100 К (- 173 °С). Ці «високотемпературні» надпровідники відкривають великі перспективи у техніці. - Прим. перев.
Основним обладнанням лабораторіїє робочий стіл, у якому проводиться вся експериментальна робота.
У кожній лабораторії має бути хороша вентиляція. Обов'язковою є витяжна шафа, в якій проводять усі роботи з використанням погано пахнуть або отруйних сполук, а також спалювання в тиглях органічних речовин.
У спеціальній витяжній шафі, в якій не проводять робіт, пов'язаних з нагріванням, зберігають легколеткі, шкідливі або погано пахнуть речовини (рідкий бром, концентровані азотну та соляну кислоти тощо).
), а також легкозаймисті речовини (сірковуглець, ефір, бензол та ін).
У лабораторії необхідні водопровід, каналізація, проводка технічного струму, газу та водонагрівальні прилади. Бажано також мати підведення стисненого повітря, вакуум-лінію, підведення гарячої води та пари.
Якщо пет спеціальної підводки, для отримання гарячої води застосовують водонагрівачі різних систем.
За допомогою цих апаратів, що обігріваються електрикою або газом, можна швидко отримати струмінь гарячої води з температурою майже 100°.
Лабораторія повинна мати установки для дистиляції (або демінералізації) води, тому що без дистильованої чи демінералізованої води в лабораторії працювати не можна. У тих випадках, коли отримання дистильованої води утруднене або неможливе, користуються продажною дистильованою водою
Біля робочих столів та водопровідних раковин обов'язково повинні бути глиняні банки ємністю 10-15 л для зливання непотрібних розчинів, реактивів тощо, а також кошики для битого скла, паперу та іншого сухого сміття.
Окрім робочих столів, у лабораторії повинні бути письмовий стіл, де зберігаються всі зошити та записи, та, за необхідності, титрувальний стіл. Біля робочих столів мають бути високі табурети чи стільці.
Аналітичні ваги та прилади, що вимагають стаціонарної установки (електрометричні, оптичні та ін), поміщають в окремому, пов'язаному з лабораторією приміщенні, причому для аналітичних ваг має бути виділена спеціальна вагова кімната. Бажано, щоб вагова була розташована вікнами на північ. Це важливо тому, що на ваги не попадає сонячне світло («Ваги і зважування»).
У лабораторії потрібно мати також найнеобхідніші довідкові книги, посібники та підручники, тому що нерідко під час роботи виникає потреба в тон чи іншій довідці.
Див. також
Page 3
Хімічний посуд, що застосовується в лабораторіях, може бути розділений на ряд груп. За призначенням посуд можна розділити на посуд загального призначення, спеціального призначеннята мірну. За матеріалом - на посуд із простого скла, спеціального скла, із кварцу.
До групи. загального призначення відносяться ті предмети, які завжди повинні бути в лабораторії і без яких не можна провести більшість робіт. Такими є: пробірки, вирви прості та ділильні, склянки, плоскодонні колби, кристалізатори, конічні колби (Ерленмейєра), колби Бунзена, холодильники, реторти, колби для дистильованої води, трійники, крани.
До групи спеціального призначення належать ті предмети, які використовуються для однієї будь-якої мети, наприклад: апарат Кіппа, апарат Сік-зльоту, прилад К'єльдаля, дефлегматори, склянки Вуль-фа, склянки Тищенка, пікнометри, ареометри, склянки Дрекселя, калі-апарати , прилад визначення двоокису вуглецю, круглодонні колби, спеціальні холодильники, прилад визначення молекулярного ваги, прилади визначення температури плавлення і кипіння та інших.
До мірного посуду відносяться: мірні циліндри та мензурки, піпетки, бюретки та мірні колби.Для початку пропонуємо подивитися наступний відеоролик, де коротко та доступно розглянуті основні види хімічного посуду.
Див. також:
Посуд загального призначення
Пробірки (рис. 18) являють собою вузькі циліндричні форми судини з закругленим дном; вони бувають різної величини та діаметра та з різного скла. Звичайні лабораторні пробірки виготовляють з легкоплавкого скла, але для особливих робіт, коли потрібно нагрівання до високих температур, пробірки виготовляють з тугоплавкого скла або кварцу.
Крім звичайних, простих пробірок, застосовують також градуйовані та центрифужні конічні пробірки.
Для зберігання пробірок, що у роботі, служать спеціальні дерев'яні, пластмасові чи металеві штативи (рис. 19).
Мал. 18. Проста та градуйована пробірки
Мал. 20. Внесення у пробірку бирки порошкоподібних речовин.
Пробірки застосовують для проведення переважно аналітичних або мікрохімічних робіт. При проведенні реакцій у пробірці реактиви не слід застосовувати в занадто велику кількість. Цілком неприпустимо, щоб пробірка була наповнена до країв.
Реакцію проводять з невеликою кількістю речовин; досить буває 1/4 і навіть 1/8 ємності пробірки. Іноді в пробірку потрібно ввести тверду речовину (порошки, кристали тощо).
), для цього смужку паперу шириною трохи менше діаметра пробірки складають удвічі по довжині і отриманий совочок насипають потрібну кількість твердої речовини. Пробірку тримають у лівій руці, нахиливши її горизонтально, і вводять до неї совок майже до дна (рис. 20).
Потім пробірку ставлять «вертикаль», але й злегка вдаряють по ній. Коли вся тверда речовина висипається, паперовий совочок виймають.
Для перемішування налитих реактивів пробірку тримають великим і вказівним пальцями лівої руки за верхній кінець і підтримують її середнім пальцем, а вказівним пальцем правої руки б'ють косим ударом по низу пробірки. Цього достатньо, щоб її вміст був добре перемішаний.
Цілком неприпустимо закривати пробірку пальцем і струшувати її у такому вигляді; при цьому можна не тільки ввести щось стороннє в рідину, що знаходиться в пробірці, але іноді і пошкодити шкіру пальця, отримати опік та ін.
Якщо Пробірка заповнена рідиною більше ніж на половину, вміст перемішують скляною паличкою.
Якщо пробірку потрібно нагріти, її слід затиснути у тримачі.
При невмілому і сильному нагріванні пробірки рідина швидко закипає і виплескується з неї, тому нагрівати потрібно обережно. При нагріванні відкритий кінець пробірки повинен бути звернений у бік від працюючого та сусідів по столу.Якщо не потрібно сильного нагріву, пробірку з рідиною, що нагрівається, краще опустити в гарячу воду. Якщо працюють з маленькими пробірками (для напівмікроаналізу), то нагрівають їх тільки в гарячій воді, налитої у скляну склянку відповідного розміру (ємністю не більше 100 мл).
Вирвислужать для переливання - рідин, для фільтрування і т. д. Хімічні вирви випускають різних розмірів, верхній діаметр їх становить 35, 55, 70, 100, 150, 200, 250 і 300 мм.
Звичайні вирви мають рівну внутрішню стінку, але для прискореного фільтрування іноді застосовують вирви з ребристою внутрішньою поверхнею.
Воронки для фільтрування мають кут 60° і зрізаний довгий кінець.
При роботі вирви встановлюють або у спеціальному штативі, або у кільці на звичайному лабораторному штативі (рис. 21).
Для фільтрування в склянку корисно зробити простий тримач для лійки (рис.22). Для цього з листового алюмінію завтовшки близько 2 мм вирізають смужку довжиною 70-80 лш і шириною 20 мм.
На одному з кінців смужки просвердлюють отвір діаметром 12-13 мм та смужку згинають так, як показано на рис. 22, а. Як зміцнити вирву на склянці, показано на рис. 22, б.
При переливанні рідини в сулію або колбу не слід наповнювати вирву до країв.
Якщо вирва щільно прилягає до горла судини, в яку переливають рідину, то переливання утруднюється, тому що всередині судини створюється підвищений тиск. Тому вирву час від часу треба піднімати.
Ще краще зробити між лійкою та горлом судини щілину, вклавши між ними, наприклад, шматочок паперу. При цьому слід стежити, щоб прокладка не потрапила до посудини. Доцільніше застосовувати дротяний трикутник, який можна зробити самому.Цей трикутник поміщають на горло судини і потім вставляють лійку.
Існують спеціальні гумові або пластмасові насадки на шийку посуду, які забезпечують повідомлення внутрішньої частини колби із зовнішньою атмосферою (рис. 23).
Мал. 21. Зміцнення скляної хімічної вирви
Мал. 22. Пристосування для кріплення вирви на склянці, у штативі.
Для аналітичних робіт при фільтруванні краще скористатися аналітичними воронками (рис. 24). Особливість цих воронок полягає в тому, що вони мають зрізаний подовжений кінець, внутрішній діаметрякого у верхній частині менше, ніж у нижній частині; така конструкція прискорює фільтрування.
Крім того, бувають аналітичні вирви з ребристою внутрішньою поверхнею, що підтримує фільтр, і з кулястим розширенням у місці переходу вирви в трубку. Вирви такої конструкції прискорюють процес фільтрування майже втричі в порівнянні зі звичайними воронками.
Мал. 23. Насадки на горла сулій. Мал. 24. Аналітична вирва.
Ділі воронки(рис. 25) застосовують для поділу рідин, що не змішуються (наприклад, води і масла). Вони мають або циліндричну, або грушоподібну форму і здебільшого забезпечені притертою скляною пробкою.
У верхній частині труби відвідної знаходиться скляний притертий кран. Місткість ділильних вирв різна (від 50 мл і до декількох літрів), залежно від ємності змінюється і товщина стінок.
Чим менша ємність вирви, тим тонша її стінка, і навпаки.
При роботі ділильні вирви залежно від ємності та форми зміцнюють по-різному. Циліндричну вирву невеликої ємності можна зміцнити просто в лапці. Великі воронки поміщають між двома кільцями.
Нижня частина циліндричної вирви повинна спиратися на кільце, діаметр якого трохи менше діаметра вирви, верхнє кільце має діаметр дещо більший.
Якщо вирва при цьому хитається, між кільцем і вирвою слід покласти платівку з пробки.
Грушоподібну ділильну вирву зміцнюють на кільці, шийку її затискають лапкою. Завжди спочатку закріплюють воронку, а вже потім наливають у неї рідини, що підлягають поділу.Краплі воронки (рис. 26) відрізняються від ділильних тим, що вони легші, тонкостінні і
Мал. 25. Дільні воронки. Мал. 26. Краплі воронки.
У більшості випадків з довгим кінцем. Ці воронки застосовують при багатьох роботах, коли речовину додають в реакційну масу невеликими порціями або краплями. Тому вони зазвичай становлять частину приладу. Вирви зміцнюють у горлі колби на шліфі або за допомогою кіркової чи гумової пробки.
Перед роботою з ділильною або краплинною лійкою шліф скляного крана потрібно обережно змастити вазеліном або спеціальним мастилом.
Це дає можливість відкривати кран легко і без зусиль, що дуже важливо, тому що якщо кран відкривається туго, то при відкриванні зламати його або пошкодити весь прилад.
Змащення потрібно наносити дуже тонким шаром так, щоб при повертанні крана вона не потрапляла в трубку воронки або всередину отвори крана.
Для більш рівномірного стікання крапель рідини з краплинної лійки та для спостереження за швидкістю подачі рідини застосовують краплинні лійки з насадкою (рис. 27). У таких вирв відразу після крана знаходиться розширена частина, що переходить у трубку. Рідина через кран надходить у це розширення по короткій трубці і потім трубку воронки.
Мал. 27. Капельна вирва з насадкою
Мал. 28. Хімічні склянки.
Мал. 29. Плоскопельна вирва з насадкою
Скляний посуд 1 2 3
Див. також
Урок 25. Закон Бойля-Маріотта - HIMI4KA
Архів уроків › Основні закони хімії
В уроці 25 « Закон Бойля-Маріотта» з курсу « Хімія для чайників» Розглянемо закон, що зв'язує тиск та обсяг газу, а також графіки залежності тиску від обсягу та обсягу від тиску. Нагадаю, що в минулому уроці «Тиск газу» ми розглянули пристрій та принцип дії ртутного барометра, а також дали визначення тиску та розглянули його одиниці виміру.
Роберт Бойль(1627-1691), якому завдячуємо першим практично правильним визначенням хімічного елемента (дізнаємося в гол. 6), цікавився також явищами, які у судинах з розрідженим повітрям.
Винаходячи вакуумні насоси для викачування повітря із закритих судин, він звернув увагу на властивість, знайому кожному, кому доводилося накачувати камеру футбольного м'ячаабо обережно стискати повітряна куляГик: чим сильніше стискають повітря в закритій посудині, тим сильніше він пручається стиску.
Бойль називав цю властивість « пружинистістюповітря і вимірював його за допомогою простого пристрою, показаного на рис. 3.2, а і б.
Бойль замикав ртуттю трохи повітря в закритому кінці зігнутої трубки (мал. 3-2, а), а потім стискав це повітря, потроху додаючи ртуть у відкритий кінець трубки (рис. 3-2, б).
Тиск, що зазнає повітря в закритій частині трубки, дорівнює сумі атмосферного тиску і тиску стовпчика ртуті заввишки h (h - висота, на яку рівень ртуті у відкритому кінці трубки перевищує рівень ртуті в закритому кінці). Отримані Бойлем дані вимірювання тиску та обсягу наведено у табл. 3-1.
Хоча Бойль не робив спеціальних заходівпідтримки постійної температури газу, мабуть, у його дослідах вона змінювалася лише незначно. Проте Бойль зауважив, що тепло від полум'я свічки викликало значні зміни властивостей повітря.
Аналіз даних про тиск та обсяг повітря при його стисканні
Таблиця 3-1, яка містить експериментальні дані Бойля про взаємозв'язок тиску та об'єму для атмосферного повітря, розташована під спойлером.
Після того як дослідник отримує дані, подібні до наведених у табл. 3-1, він намагається знайти математичне рівняння, що пов'язує між собою дві залежні один від одного величини, які він вимірював.
Один із способів отримання такого рівняння полягає в графічній побудові залежності різних ступенів однієї величини від іншої в надії отримати прямолінійний графік.
Загальне рівняння прямої лінії має вигляд:
де х і у - пов'язані між собою змінні, а і b - постійні числа. Якщо b дорівнює нулю, то пряма лінія проходить через початок координат.
На рис. 3-3 показані різні способи графічного представлення даних для тиску Р та обсягу V, наведених у табл. 3-1.Графіки залежності Р від 1/К і залежності V від 1/Р є прямі лінії, що проходять через початок координат.
Графік залежності логарифму Р від логарифму V також є прямою лінією з негативним нахилом, тангенс кута якого дорівнює - 1. Всі ці три графіки призводять до еквівалентних рівнянь:
- P = a/V (3-3а)
- V = a/P (3-3б)
- lg V = lg а - lg Р (3-3в)
Кожне з цих рівнянь є одним з варіантів закону Бойля-Маріотта, Який зазвичай формулюється так: для заданого числа молей газу його тиск пропорційно обсягу, за умови, що температура газу залишається постійною.
До речі, напевно, вам стало цікаво, чому закон Бойля-Маріотта названий подвійним ім'ям. Це сталося так, тому що цей закон незалежно від Роберта Бойля, який відкрив його у 1662 році, був перевідкритий Едмом Маріоттом у 1676 році. Ось так ось.
Коли взаємозв'язок між двома вимірюваними величинами простий настільки, як у цьому випадку, його можна встановити і чисельним способом.
Якщо кожне значення тиску Р помножити на відповідне значення обсягу V, неважко переконатися, що всі твори для заданого зразка газу за постійної температури виявляються приблизно однаковими (див. табл. 3-1). Таким чином, можна записати, що
Рівняння (З-Зг) описує гіперболічну залежність між величинами Р та V (див. рис. 3-3,а). Для перевірки того, що побудований за експериментальними даними графік залежності Р від V дійсно відповідає гіперболі, побудуємо ще додатковий графік залежності твору PV від Р і переконаємося, що він являє собою горизонтальну пряму лінію (див. рис. 3-3, д) .
Бойль встановив, що для заданої кількості будь-якого газу при постійній температурі взаємозв'язок між тиском Р та обсягом V цілком задовільно описується співвідношенням
- P · V = const (при постійних Т і n) (3-4)
Формула із закону Бойля-Маріотта
Для зіставлення обсягів і тисків одного і того ж зразка газу за різних умов (але постійної температури) зручно уявити закон Бойля-Маріоттау наступній формулі:
де індекси 1 та 2 відповідають двом різним умовам.
Приклад 4. Пластмасові мішечки з харчовими продуктами, що доставляють на плато Колорадо (див. приклад 3) часто лопаються, тому що повітря, що знаходиться в них, при підйомі від рівня моря на висоту 2500 м, в умовах зниженого атмосферного тиску, розширюється.
Якщо припустити, що всередині мішечка при атмосферному тиску, що відповідає рівню моря, укладено 100 см3 повітря, який обсяг повинен займати це повітря за тієї ж температури на плато Колорадо? (Припустимо, що для доставки продуктів використовуються зморщені мішечки, що не обмежують розширення повітря; дані, що відсутні, слід взяти з прикладу 3.)Рішення
Скористаємося законом Бойля у формі рівняння (3-5), де індекс 1 відноситимемо до умов на рівні моря, а індекс 2 - до умов на висоті 2500 м над рівнем моря. Тоді Р1 = 1000 атм, V1 = 100 см3, Р2 = 0,750 атм, а V2 слід обчислити. Отже,
За своїм механічним властивостямгази мають багато спільного із рідинами. Так само як і рідини, вони не мають пружності по відношенню до змін форми. Окремі частини газу можуть легко переміщатися один щодо одного. Так само як і рідини, вони мають пружність щодо деформації всебічного стиску. У разі збільшення зовнішніх тисків обсяг газу зменшується. У разі зняття зовнішніх тисків обсяг газу повертається до початкового значення.
У існуванні пружних властивостей газу легко переконатися в досвіді. Візьміть дитячу повітряну кулю. Надуйте його не дуже сильно і зав'яжіть. Після цього почніть стискати його руками (рис. 3.20). З появою зовнішніх тисків куля стиснеться, її обсяг зменшиться. Якщо припинити здавлювання, куля одразу розправиться, ніби у неї всередині є пружини.
Візьміть повітряний насос для автомобіля або велосипеда, закрийте його вихідний отвір і натисніть на ручку поршня. Повітря, укладене всередині насоса, почне стискатись, і ви відразу відчуєте швидке наростання тиску. Якщо перестати тиснути на поршень, він повернеться на місце, і повітря займе початковий об'єм.
Пружність газу по відношенню до всебічного стиску використовується в шинах автомашин для амортизації, повітряних гальмах та інших пристроях. Першим пружні властивості газу, його здатність змінювати свій обсяг при зміні тиску, помітив Блез Паскаль.
Як ми вже зазначали, газ відрізняється від рідини тим, що не може сам зберігати об'єм незмінним і не має вільної поверхні. Він обов'язково повинен знаходитися в замкнутій посудині і завжди повністю займатиме весь обсяг цієї посудини.
Іншим важливою відмінністюгазу від рідини є його велика стисливість (податливість). Вже за дуже малих змін тиску виникають добре помітні великі зміни обсягу газу. Крім того, зв'язок між тисками та змінами об'єму для газу носить більш складний характер, ніж для рідини. Зміни обсягу вже не будуть прямо пропорційними змінам тиску.
Вперше кількісний зв'язок між тиском та обсягом газу встановив англійський вчений Роберт Бойль (1627–1691). У своїх дослідах Бойль спостерігав зміни обсягу повітря, укладеного в запаяному кінці трубки (рис. 3.21). Тиск на це повітря він змінював, підливаючи ртуть у довге коліно трубки. Тиск визначався за висотою стовпа ртуті
Досвід Бойля в наближеному грубому вигляді ви можете повторити з повітряним насосом. Візьміть хороший насос (важливо, щоб поршень не пропускав повітря), закрийте вихідний отвір і по черзі навантажуйте ручку поршня одним, двома, трьома однаковими вантажами. Одночасно помічайте положення ручки за різних навантажень щодо вертикальної лінійки.
Навіть такий грубий досвід дозволить вам переконатися в тому, що обсяг цієї маси газу обернено пропорційний тиску, якому піддається цей газ. Незалежно від Бойля такі ж досліди ставив французький вчений Едмон Маріотт (1620-1684), який дійшов таких же результатів, як і Бойль.
Одночасно Маріотт виявив, що при проведенні досвіду потрібно дотримуватись однієї дуже важливої обережності: температура газу під час досвіду повинна залишатися постійною, інакше результати досвіду будуть іншими. Тому закон Бойля – Маріотта читається так; при постійній температурі обсяг цієї маси газу обернено пропорційний тиску.
Якщо позначити через початкові об'єм та тиск газу, через кінцеві об'єм та тиск тієї ж маси газу, то
закон Бойля - Маріотта можна записати у вигляді наступної формули:
Уявімо закон Бойля - Маріотта в наочній графічній формі. Для певності припустимо, що деяка маса газу займала об'єм при тиску Зобразимо графічно, як змінюватиметься об'єм цього газу зі збільшенням тиску при постійній температурі. Для цього розрахуємо обсяги газу згідно із законом Бойля - Маріотта для тисків 1, 2, 3, 4 і т. д. атмосфер і складемо таблицю:
За цією таблицею легко збудувати графік залежності тиску газу від його обсягу (рис. 3.22).
Як видно з графіка, залежність тиску від обсягу газу справді має складний характер. Спочатку збільшення тиску від однієї до двох одиниць призводить до зменшення обсягу вдвічі. Надалі при таких же збільшення тиску виникають все більш малі зміни початкового обсягу. Чим більше стискається газ, тим пружнішим він стає. Тому для газу не можна вказати якогось постійного модуля стиснення (характеризує його пружні властивості), як це зроблено для твердих тіл. У газу модуль стиснення залежить від тиску, під яким знаходиться модуль стиснення зростає разом із тиском.
Зауважимо, що закон Бойля - Маріотта дотримується лише невеликих тисків і дуже низьких температур. При високих тисках та низьких температурах залежність між обсягом та тиском газу стає ще більш складною. Для повітря, наприклад, за 0°С закон Бойля - Маріотта дає правильні значення обсягу при тиску не вище 100 ат.
На початку параграфа вже говорилося, що пружні властивості газу, його велику стисливість широко використовуються людиною в практичній діяльності. Наведемо ще кілька прикладів. Можливість сильно стискати газ за допомогою високих тисківдозволяє зберігати великі маси газу малих обсягах. Балони зі стисненим повітрям, воднем, киснем широко використовуються в промисловості, наприклад, при газовому зварюванні (рис. 3.23).
Хороші пружні властивості газу послужили основою створення річкових суден на повітряній подушці (рис. 3.24). Ці судна нового типу ідуть швидкості, що набагато перевершують ті, які вдавалося отримати раніше. Завдяки використанню пружних властивостей повітря вдалося позбутися великих сил тертя. Щоправда, у цьому випадку розрахунок тиску значно ускладнюється, тому що доводиться розраховувати тиск у швидких потоках повітря.
В основі багатьох біологічних процесів лежить використання пружних властивостей повітря. Чи замислювалися ви, наприклад, про те, як дихаєте? Що відбувається при вдиху?
За сигналом нервової системи про те, що організму не вистачає кисню, людина при вдиху за допомогою м'язів грудної клітки піднімає ребра, за допомогою інших м'язів опускає діафрагму. При цьому збільшується обсяг, який можуть зайняти легкі (і залишки повітря, що знаходяться в них). Але таке збільшення обсягу призводить до великого зменшення тиску повітря у легенях. Виникає різниця тисків між зовнішнім повітрям та повітрям у легенях. В результаті зовнішнє повітря починає саме входити в легені за рахунок своїх пружних властивостей.
Ми тільки надаємо можливість увійти, змінюючи обсяг легень.
Не тільки в цьому полягає використання пружності повітря при диханні. Легенева тканина дуже ніжна, і вона не витримала б багаторазових розтягувань та досить грубих натисків грудних м'язів. Тому вона не прикріплена до них (рис. 3.25). Крім цього, розширення легені шляхом розтягування його поверхні (за допомогою грудних м'язів) викликало б нерівномірне, неоднакове розширення легені різних частинах. Тому легеня оточена особливою плівкою - плеврою. Плевра однією своєю частиною прикріплена до легені, а іншою - до м'язової тканини грудної клітки. Плевра утворює своєрідний мішок, стінки якого пропускають повітря.
Усередині самої плевральної порожнини міститься дуже невелика кількість газу. Тиск цього газу стає рівним тиску повітря в легенях лише тоді, коли стінки плеври знаходяться дуже близько одна від одної. При вдиху об'єм порожнини різко зростає. Тиск у ній різко падає. Легке за рахунок залишків повітря, що міститься в ньому, починає само розширюватися рівномірно у всіх частинах подібно до гумової кульки під дзвоном повітряного насоса.
Таким чином, природа мудро використовувала пружні властивості повітря для створення ідеального амортизатора для легкої тканини і самих вигідних умовдля його розширення та стиснення.
При вирішенні завдань застосування законів Ньютона ми будемо використовувати закон Бойля - Мариотта як додаткове рівняння, що виражає особливі пружні властивості газів.
Згідно закону Бойля- Маріотта, при постійній температурі об'єм газуобернено пропорційний тиску.
Це означає, що зі зростанням тиску на газ його обсяг зменшується і навпаки. Для постійної кількості газу закон Бойля - Маріоттаможна також інтерпретувати наступним чином: при постійній температурі тиск тиску на обсяг є величиною постійною. У вигляді формули це виражається так:
Р х V = К, де Р - абсолютна даатенія, V - обсяг; К – константа.
Якщо Р та V змінюються, то Р 1 х V 1 = До і Р 2 х V 2 = До.
Поєднання двох рівнянь дасть Р1хV1 = Р2хV2.
Якщо фіксовану кількість газу закачати в жорстку ємність, таку як балон аквалангу, то, оскільки обсяг балона залишається незмінним, ним і визначатиметься тиск газу всередині нього. Якщо такою ж кількістю газу заповнити еластичну ємність, наприклад, повітряна куля. він буде розширюватися, поки тиск газу всередині нього не зрівняється з тиском довкілля. У разі тиск визначає обсяг ємності.
Ефект від збільшення тиску з глибиною зануренняна прикладі пластикова пляшка. У міру збільшення тиску на газ його обсяг зменшується, і навпаки
На рівні моря тиск дорівнює 1 бар. На глибині 10 метрів тиск подвоюється до 2 бар і далі з кожними 10 метрами занурення збільшується на 1 бар. Уявіть перевернуту скляну пляшку без пробки, усередині якої знаходиться повітря. При зануренні пляшки на глибину 10 метрів де тиск становить 2 бар. повітря всередині неї стиснеться до половини свого початкового обсягу. На глибині 20 метрів тиск дорівнює 3 бар. а повітря стиснеться до третини початкового обсягу. На 30 метрах глибини де тиск зростає до 4 бар. обсяг повітря складе лише чверть від першочатого.
Якщо тискі обсяг газу - величини обернено пропорційні, то тиск і щільність прямо пропорційні. Зі збільшенням тиску газу та зменшенням його обсягу відстань між молекулами газу скорочується, і газ стає щільнішим. При тиску, що вдвічі перевищує атмосферне, заданий об'єм газу вдвічі щільніший за повітря біля поверхні води і т. д. Тому на глибині дайвери швидше витрачають наявний у них запас повітря. Повний вдих повітря, тиск якого вдвічі перевищує атмосферний, містить удвічі більше молекул повітря, ніж повітря на поверхні. Тому при тиску в 3 атмосфери балона вистачить лише на третину того часу, протягом якого людина могла б користуватися цим балоном на поверхні.
Дайверповинен дихати повітрям, тиск якого дорівнює тиску навколишнього водного середовища. Тільки тоді незалежно від глибини занурення забезпечуватиметься розширення повітря до нормального обсягу легень. Регулятор повітря є системою клапанів, що знижують тиск стисненого в балоні повітря до тиску води на рівні легких дайвера. Дайверине хочуть марно витрачати повітря у своєму балоні, тому регулятор сконструйований так. щоб подавати повітря лише тоді, коли це потрібно. Звідси інша назва – «demand valve». тобто клапан, що спрацьовує на вимогу.
При кожному зануренні дайверинесуть на собі різні елементи спорядження, що містять газ, включаючи пристрої для контролю плавучості, балони, маски, «мокрі» та «сухі» неопренові гідрокостюми з матеріалу, що містить його крихітні бульбашки повітря. У нашому тілі також є заповнені газом порожнини: пазухи, вуха. шлунок та легені. За винятком жорстких балонів, всі газонаповнені порожнини стискаються під час занурення і розширюються при спливанні. При підйомі до поверхні дайвери повинні звільнятися від повітря, що розширюється в легенях, вирівнювати тиск у вухах і пазухах, щоб уникнути болю і пошкодження тканин, іменованого баротравмою. (Це не стосується декомпресійних зупинок - про них особлива розмова.)
Вважається, що розширення газів в організмі дайвера йде особливо інтенсивно на останніх 10 метрах підйому, тому на цьому етапі підніматися слід повільно, поступово видихаючи повітря.
Склад морської води
Серед хімічних сполук, що надають морській водіїї солоний смак, переважає кухонна сіль(хлорид натрію). У середньому в морській воді міститься приблизно 3% солі, хоча цей показник може змінюватись від 1% у полярних морях до 5% у замкнутих, таких, як Середземне та Червоне. Сіль, що отримується при випаровуванні морської води, на 77,76% складається з хлориду натрію, на 10,88% - з хлориду магнію, на 4,74% - з сульфату магнію, на 3,60% - з сульфату кальцію, на 2 ,46% - з хлориду калію, на 0,22% - з броміду магнію та на 0,34% з карбонату кальцію.