बॉयल-मरियोट का नियम: इतिहास, अभिव्यक्ति, उदाहरण - रसायन विज्ञान - 2025

बॉयल-Mariotte कानून एक है कि दबाव से या एक गैस पर लगाया गया के बीच के रिश्ते को व्यक्त करता है, और मात्रा यह पर है, गैस के तापमान को स्थिर रखने के साथ-साथ इसकी मात्रा (मोल्स की संख्या)।

यह कानून, चार्ल्स, गे-लुसाक, चार्ल्स और अवोगाद्रो के साथ मिलकर एक आदर्श गैस के व्यवहार का वर्णन करता है; विशेष रूप से, यांत्रिक बल द्वारा परिमाणित मात्रा में परिवर्तन के अधीन एक बंद कंटेनर में।

कंटेनर की मात्रा को कम करके दबाव में वृद्धि। स्रोत: गेब्रियल बोलिवर

ऊपर की छवि संक्षेप में बॉयल-मारियोटे कानून को सारांशित करती है।

बैंगनी डॉट्स गैस के अणुओं या परमाणुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो कंटेनर की आंतरिक दीवारों (बाएं) से टकराते हैं। जैसे ही इस गैस के कब्जे वाले कंटेनर में उपलब्ध स्थान या मात्रा कम हो जाती है, टकराव बढ़ता है, जो दबाव (दाएं) में वृद्धि में बदल जाता है।

इससे पता चलता है कि गैस के दबाव P और आयतन V विपरीत रूप से आनुपातिक हैं यदि कंटेनर को बंद कर दिया गया है; अन्यथा, एक उच्च दबाव कंटेनर के अधिक से अधिक विस्तार के बराबर होगा।

यदि पी के खिलाफ एक ग्राफ वी बनाया गया था, क्रमशः वाई और एक्स कुल्हाड़ियों पर वी और पी के डेटा के साथ, एक स्पर्शोन्मुख वक्र देखा जाएगा। छोटे वी, पी में वृद्धि जितनी अधिक होगी; अर्थात्, X अक्ष पर P उच्च मानों की ओर बढ़ेगा।

बेशक, तापमान स्थिर रहता है; लेकिन, अगर एक ही प्रयोग अलग-अलग तापमान पर किया जाता है, तो इन V बनाम P घटता की सापेक्ष स्थिति कार्टेशियन अक्ष पर बदल जाएगी। यदि Z अक्ष पर T स्थिरांक के साथ त्रि-आयामी अक्ष पर प्लॉट किया गया है, तो परिवर्तन और भी स्पष्ट होगा।

बॉयल के नियम का इतिहास

पृष्ठभूमि

चूंकि वैज्ञानिक गैलीलियो गैलीली ने एक निर्वात (1638) के अस्तित्व पर अपना विश्वास व्यक्त किया, इसलिए वैज्ञानिकों ने हवा और आंशिक voids के गुणों का अध्ययन करना शुरू कर दिया।

एंग्लो-आयरिश केमिस्ट रॉबर्ट बॉयल ने 1638 में हवा के गुणों का अपना अध्ययन शुरू किया था, यह जानने के बाद कि जर्मन इंजीनियर और भौतिक विज्ञानी ओटो वॉन गुएरिक ने एक एयर पंप बनाया था।

बुध प्रयोग

वायु दबाव के अपने अध्ययन का संचालन करने के लिए, बॉयल ने एक "जे" -शिक्षित ग्लास ट्यूब का उपयोग किया, जिसके निर्माण का श्रेय रॉबर्ट हुक, बॉयल के सहायक को दिया गया। शॉर्ट आर्म के अंत को सील कर दिया गया था, जबकि ट्यूब के लंबे हाथ का अंत पारा लगाने के लिए खुला था।

शुरुआत से, बॉयल ने हवा की लोच, गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से अध्ययन करना चाहा। "जे" ट्यूब के खुले अंत के माध्यम से पारा डालकर, बॉयल ने कटौती की कि ट्यूब के शॉर्ट आर्म में हवा पारा के दबाव में सिकुड़ रही थी।

परिणाम

ट्यूब में पारे की मात्रा जितनी अधिक होगी, हवा पर दबाव उतना ही अधिक होगा और इसकी मात्रा कम होगी। बॉयल ने दबाव के एक समारोह के रूप में हवा की मात्रा का एक नकारात्मक घातीय प्रकार का भूखंड प्राप्त किया।

इस बीच, अगर हवा के आयतन को दबाव के व्युत्क्रम के विरुद्ध प्लॉट किया जाता है, तो हमारे पास एक सकारात्मक ढलान के साथ एक सीधी रेखा होती है।

1662 में, बॉयल ने एक समीकरण के रूप में दिया गया पहला भौतिक कानून प्रकाशित किया, जिसमें दो चर की कार्यात्मक निर्भरता का संकेत दिया गया था। इस मामले में, दबाव और मात्रा।

बॉयल ने बताया कि गैस पर दबाए गए दबाव और उस गैस के आयतन के बीच उलटा संबंध था, यह संबंध वास्तविक गैसों के लिए अपेक्षाकृत सही है। अधिकांश गैसें मध्यम तापमान और दबावों पर आदर्श गैसों की तरह व्यवहार करती हैं।

जैसा कि उच्च दबाव और कम तापमान हुआ, आदर्शों से वास्तविक गैसों के व्यवहार में विचलन अधिक ध्यान देने योग्य हो गया।

एदमे मर्योते

फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एडमे मारियोटे (1620-1684) ने स्वतंत्र रूप से 1679 में एक ही कानून की खोज की थी। लेकिन यह दिखाने का गुण था कि मात्रा तापमान के साथ बदलती है। इसलिए इसे मारियट का नियम या बॉयल और मारियट का नियम कहा जाता है।

कानून को मजबूत बनाना

डैनियल बर्नौली (1737) ने बॉयल के नियम को मजबूत करते हुए कहा कि एक गैस का दबाव कंटेनर की दीवारों पर गैस के कणों के प्रभाव से उत्पन्न होता है।

1845 में, जॉन वॉटरस्टन ने एक वैज्ञानिक लेख प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने गैसों के गतिज सिद्धांत के मुख्य सिद्धांतों पर ध्यान केंद्रित किया।

बाद में, रुडोल्फ क्लॉज़ियस, जेम्स मैक्सवेल और लुडकविग बोल्टज़मैन ने गैसों के गतिज सिद्धांत को समेकित किया, जो गति में गैस कणों की गति के साथ गैस द्वारा दबाव से संबंधित है।

कंटेनर की मात्रा जितनी छोटी होती है, उसमें गैस की मात्रा अधिक होती है, साथ ही कंटेनर की दीवारों के खिलाफ इसे बनाने वाले कणों के प्रभावों की आवृत्ति भी अधिक होती है; और इसलिए, गैस द्वारा अधिक से अधिक दबाव डाला गया।

यह कैसा कानून है?

बॉयल द्वारा किए गए प्रयोगों से पता चलता है कि एक गैस द्वारा कब्जा की गई मात्रा और उस पर दबाव डाले जाने के बीच एक व्युत्क्रम संबंध है। हालाँकि, संकेतित संबंध पूरी तरह से रैखिक नहीं है, जैसा कि बॉयल के लिए दबाव के एक फ़ंक्शन के रूप में वॉल्यूम भिन्नता के एक ग्राफ द्वारा दर्शाया गया है।

बॉयल के नियम से संकेत मिलता है कि गैस द्वारा ग्रहण किया गया आयतन दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होता है। यह भी संकेत दिया जाता है कि गैस और उसके आयतन के दबाव का गुणनफल स्थिर है।

गणित की अभिव्यक्ति

बॉयल-मारियोटे कानून की गणितीय अभिव्यक्ति पर पहुंचने के लिए, हम निम्न से शुरू करते हैं:

वी P 1 / पी

जहां इंगित करता है कि गैस द्वारा कब्जा किया गया वॉल्यूम इसके दबाव के विपरीत आनुपातिक है। हालांकि, एक निरंतरता है जो यह बताती है कि यह संबंध कितना आनुपातिक है।

वी = के / पी

जहाँ k आनुपातिकता का स्थिरांक है। कश्मीर के लिए हल हमारे पास है:

वीपी = के

गैस और उसके आयतन के दबाव का गुणनफल स्थिर होता है। इसलिए:

वी ₁ पी ₁ = के और वी ₂ पी ₂ = के

और इससे यह काटा जा सकता है कि:

वी ₁ पी ₁ = वी ₂ पी ₂

उत्तरार्द्ध बॉयल के नियम के लिए अंतिम अभिव्यक्ति या समीकरण है।

ये किसके लिये है? बॉयल के नियम से क्या समस्याएं हल होती हैं?

भाप इंजन

भाप की रेल। स्रोत: पिक्साबे

बॉयल-मैरियट लॉ स्टीम इंजन के संचालन में लागू किया जाता है। यह एक बाहरी दहन इंजन है जो पानी की एक मात्रा में थर्मल ऊर्जा के यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन का उपयोग करता है।

पानी को एक सीमांत रूप से सील किए गए बॉयलर में गर्म किया जाता है, और भाप का उत्पादन बॉयल-मिरोटे कानून के अनुसार एक दबाव बनाता है जो एक पिस्टन को धक्का देकर सिलेंडर के वॉल्यूम विस्तार का उत्पादन करता है।

पिस्टन के रैखिक आंदोलन को एक घूर्णी आंदोलन में बदल दिया जाता है, जिससे छड़ और क्रैंक को जोड़ने की एक प्रणाली का उपयोग किया जाता है, जो लोकोमोटिव या इलेक्ट्रिक जनरेटर के रोटर को ड्राइव कर सकता है।

वर्तमान में, वैकल्पिक भाप इंजन थोड़ा इस्तेमाल किया जाने वाला इंजन है, क्योंकि यह इलेक्ट्रिक मोटर और परिवहन वाहनों में आंतरिक दहन इंजन द्वारा विस्थापित किया गया है।

पीता है

प्लास्टिक ट्यूब के माध्यम से बोतल से शीतल पेय या रस चूसने की क्रिया बॉयल-मारियोटे कानून से संबंधित है। जब ट्यूब को मुंह का उपयोग करके हवा से चूसा जाता है, तो ट्यूब के भीतर दबाव में कमी होती है।

यह दबाव ड्रॉप ट्यूब में तरल के ऊपर की ओर बढ़ने की सुविधा देता है, जिससे इसकी अंतर्ग्रहण की अनुमति मिलती है। यह एक ही सिद्धांत सिरिंज के उपयोग के माध्यम से रक्त खींचने में काम करता है।

श्वसन प्रणाली

श्वसन प्रणाली। स्रोत: पिक्साबे

बॉयल-मैरियट कानून श्वसन प्रणाली के कामकाज के साथ निकटता से संबंधित है। प्रेरणा चरण के दौरान, डायाफ्राम और अन्य मांसपेशियों का अनुबंध; उदाहरण के लिए, बाहरी इंटरकोस्टल जो रिब पिंजरे के विस्तार का उत्पादन करते हैं।

यह अंतःस्रावी दबाव में कमी का कारण बनता है, जिससे फेफड़ों का विस्तार होता है जो फेफड़ों की मात्रा में वृद्धि पैदा करता है। इसलिए, बॉयल-मैरियट कानून के अनुसार, इंट्रापुलमरी दबाव कम हो जाता है।

जैसे ही इंट्रापल्मोनरी दबाव उप-वायुमंडलीय हो जाता है, वायुमंडलीय हवा फेफड़ों में प्रवाहित होती है, जिससे फेफड़ों में दबाव में वृद्धि होती है; इस प्रकार इसके दबाव को वायुमंडलीय दबाव के बराबर किया गया, और प्रेरणा चरण का समापन किया गया।

इसके बाद, श्वसन की मांसपेशियां शिथिल हो जाती हैं और श्वसन की मांसपेशियां सिकुड़ जाती हैं। इसके अलावा, लोचदार फेफड़े का प्रत्यावर्तन होता है, एक घटना जो फेफड़ों की मात्रा में कमी पैदा करती है, इसके परिणामस्वरूप बॉयल-मैरियट विधि द्वारा समझाया गया इंट्रापुलमरी दबाव में वृद्धि होती है।

जैसे-जैसे इंट्रापल्मोनरी दबाव बढ़ता है, और वायुमंडलीय दबाव से अधिक हो जाता है, हवा फेफड़ों के अंदर से वायुमंडल में प्रवाहित होती है। यह तब तक होता है जब तक दबाव बराबर नहीं हो जाता है, जो साँस छोड़ने के चरण का समापन करता है।

उदाहरण (प्रयोग)

प्रयोग १

एक छोटा, भली भांति बंद किया हुआ गुब्बारा रखा जाता है, जो उसके मुंह में एक गाँठ बनाता है, एक सिरिंज के अंदर, जिसमें से प्लंजर को वापस ले लिया गया है, लगभग 20 मिलीलीटर। सिरिंज के सवार को सिरिंज के बीच की ओर रखा जाता है, सुई को वापस ले लिया जाता है और हवा प्रवेश को अवरुद्ध किया जाता है।

अवलोकन

इंजेक्टर के प्लंजर को धीरे-धीरे खींचकर, गुब्बारा फुलाया जाता है।

व्याख्या

गुब्बारे की दीवार पर दो दबाव डाले जाते हैं: उसके आंतरिक चेहरे पर एक दबाव, गुब्बारे के अंदर मौजूद हवा का एक उत्पाद, और गुब्बारे के बाहरी चेहरे पर एक और दबाव, जो सिरिंज में निहित हवा से बाहर निकलता है।

इंजेक्टर के प्लंजर को खींचकर, एक आधा-वैक्यूम अंदर बनाया जाता है। इसलिए, पंप की दीवार के बाहरी चेहरे पर हवा का दबाव कम हो जाता है, जिससे पंप के अंदर दबाव अधिक हो जाता है।

बॉयल-मिरोटे कानून के अनुसार, यह शुद्ध दबाव, गुब्बारे की दीवार की गड़बड़ी और गुब्बारे की मात्रा में वृद्धि का उत्पादन करेगा।

प्रयोग २

एक प्लास्टिक की बोतल को लगभग आधे में काट दिया जाता है, यह सुनिश्चित करता है कि कटौती यथासंभव क्षैतिज है। एक कसकर फिटिंग बैलून को बोतल के मुंह में रखा जाता है, उसी समय एक निश्चित प्लेट में एक निश्चित मात्रा में पानी रखा जाता है।

अवलोकन

डिश में पानी के ऊपर गुब्बारे के साथ बोतल के नीचे रखकर, गुब्बारे को मामूली रूप से फुलाया जाता है।

व्याख्या

पानी एक निश्चित मात्रा में हवा को विस्थापित करता है, जिससे बोतल की दीवार पर और गुब्बारे के अंदर हवा के दबाव में वृद्धि होती है। यह बॉयल-मैरियट कानून के अनुसार, गुब्बारे की मात्रा में वृद्धि का कारण बनता है, जो कि गुब्बारे की मुद्रास्फीति द्वारा कल्पना की जाती है।

संदर्भ

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