Fisica: la legge di Boyle-Mariotte

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Introduzione

La legge di Boyle-Mariotte afferma che, a temperatura costante per una massa fissa, la pressione assoluta e il volume di un gas sono inversamente proporzionali. La legge può anche essere indicata in modo leggermente diverso, ovvero che il prodotto della pressione assoluta e volume è sempre costante. La legge prende il nome dal chimico-fisico inglese Robert Boyle, che ha pubblicato la legge originale nel 1662, e dal fisico francese Edme Mariotte, che formulò la legge sulla compressibilità dei gas. Matematicamente, la legge può essere indicata come: P∝ 1/V, oppure P V = k, dove P è la pressione del gas, V è il volume di del gas, e k è una costante. Ecco alcune nozioni di fisica più approfondite circa la legge di Boyle-Mariotte.

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La legge di Boyle-Mariotte, afferma altresì che la pressione e il volume di un gas hanno una relazione inversa quando la temperatura viene mantenuta costante. Se il volume aumenta, la pressione diminuisce, e viceversa quando la temperatura viene mantenuta costante. Pertanto, quando il volume viene dimezzato, la pressione viene raddoppiata; e se il volume è raddoppiato, la pressione si dimezza. Quella di Boyle-Mariotte è una legge sperimentale dei gas che descrive come la pressione tende a diminuire ad aumentare del volume di un gas. La pressione assoluta esercitata dalla massa di un gas è inversamente proporzionale al volume che esso occupa se la temperatura e la quantità del gas rimangono invariati in un sistema chiuso.

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L'equazione indica che il prodotto della pressione e del volume è una costante per una data massa di gas, finché la temperatura è costante. Per confrontare la stessa sostanza in due diverse serie di condizioni, la legge può essere utilmente espressa come P1 V1 = P2 V2. L'equazione mostra che, quando il volume aumenta, la pressione del gas diminuisce proporzionalmente. Analogamente, quando diminuisce il volume, la pressione del gas aumenta.

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Finché la temperatura rimane costante, la stessa quantità di energia persiste, e quindi, teoricamente, il valore di k rimarrà costante. Tuttavia, a causa della derivazione della forza di pressione, l'applicazione della forza per una superficie non può essere infinitamente costante per tali valori di v, ma avrà un limite quando tali valori saranno differenti in un determinato tempo. Ad aumentare del volume del gas e mantenendo quest'ultimo alla temperatura misurata inizialmente, la pressione deve diminuire proporzionalmente. Viceversa, riducendo il volume del gas, aumenta la pressione. Questa legge è usata per predire il risultato dell'introduzione di un cambiamento di volume e pressione rispetto allo stato iniziale di una quantità fissa di gas.

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