Mutluluk Veren Bilgi [Kutadgu Bilig] [Giriş yap] [Kaydol]

Mutluluk veren bilgi [Kutadgu Bilig]




www.alizvel.com
 
Bilimtey Bilim Sitesi > Deneyler

 DENEY: BOYLE-MARIOTTE KANUNU - Bilimtey Bilim Topluluğu Bilim Sitesi

1)DENEYİN ADI :          BOYLE-MARIOTTE KANUNU

 

2)DENEYİN AMACI : Sabit sıcaklıkta kapalı bir kapta bulunan gazın basıncı ile hacmi arasındaki ilişkiyi incelemek.

 

3)TEORİK BİLGİ :

 

GAZ HALİ VE GAZLARIN ÖNEMİ

Yapılan araştırmalar, gazların birbirinden oldukça uzak ve hızla hareket eden moleküllerden oluştuğunu göstermiştir. Gazlar bulunduğu her hacmi doldurabilen ve bastırıldığında hacmi büyük ölçüde küçültülebilen akışkanlardır. Bu bastırılabilme özelliklerinden yararlanılan gazlar, yüksek basınç altında çelik tüplere doldurularak depolanır, taşınır ve kullanırlar. Dünyamızın atmosferini oluşturan hava olmasaydı, canlıların da olmayacağını düşündüğümüzde, havanın ve dolayısıyla gaz halinin önemi kendilinden ortaya çıkmaktadır. Gazları incelemekle yalnızca maddenin gaz halinin davranışlarını belirlemek değil, yaşamımızda önemli bir yeri olan bu maddeleri en iyi şekilde kullanabilmek de amaçlanmaktadır. ……(1)

Belirli bir hacmi şekli olmayan bulundukları kabı dolduran, tanecikler arasındaki uzaklıkları maksimuma çıkmış, çekim kuvvetleri yok denecek kadar azalmış olan akışkan olan maddenin en düzensiz haline gaz denir.

Gazların özellikleri :

v  Gazların kendilerine özgü bir şekilleri ve  belli bir hacimleri yoktur.

v  Gaz molekülleri arasında çok büyük boşluklar vardır. Moleküllerin öz hacimleri, kapladıkları hacim yanında çok küçük olup ihmal edilebilir.

v  Gazlar, büyük oranda sıkıştırılabilir.

v  Gazlar, birbiriyle her oranda karışabilirler ve karışımları homojendir.

v  Gazlar, bulundukları kabın her yerine aynı basıncı yaparlar.

v  Gazların sıcaklıkları aynı miktarda artırıldığında genleşmeleri aynıdır. Bunun için genleşme özelliği ayırt edici özellik değildir.

v  Her gazın sıvılaşabileceği bir sıcaklık ve bir basınç vardır.Buna kritik sıcaklık ve kritik basınç denir. Ayırt edici özelliktir.   ……..(2)

v  Saydamdırlar, içine konan cisimler görülebilir.

v  Katı ve sıvı hallerine göre kapladıkları hacimler büyük olduğundan, yoğunluğu diğer hallere göre daha küçüktür.

v  Devamlı hareket halindedirler. Esnek olan doğrusal çarpışmalar yaparlar. Çarpışma sonunda birbirlerine yapışmazlar, hareket doğrultuları değişir, enerji kayıpları olmaz.

v  Gazların hızı, mol kütlesi ile ters orantılıdır. Sıcaklığı arttırılan gazın hızı artar.

v  Gazların hareket enerjisine kinetik enerji denir. Ortalama kinetik enerji yalnızca mutlak sıcaklıkla doğru orantılı olarak değişir. Depo ettikleri enerjiye ise potansiyel enerji denir, gazların potansiyel enerjileri diğer hallere göre daha yüksektir.

v  İki gaz taneciği arasındaki uzaklığa ortalama serbest yol denir.

 

 

 

Gazların Fiziksel Özelliklerinin İncelenmesi :

 

Molekülleri arasında çekme ve itme kuvvetlerinin bulunmadığı ve moleküllerinin öz hacimleri moleküllerin serbestçe dolaştıkları tüm hacim yanında ihmal edilebilecek kadar küçük olan gazlara ideal gaz denir. İdeal gaz kavramı, gazlar üzerindeki araştırmaların kolay yapılabilmesi amacı ile ileri sürülen basit bir modeldir. Gerçekte hiçbir gaz ideal değildir, yalnızca çoğu gazlar düşük basınç ve yüksek sıcaklıklarda ideal gaz modeline uyarlar. Gazların da diğer maddeler gibi belli basınç ve sıcaklıktaki hacim ve yoğunlukları deneysel yoldan belirlenebilir.  …….(1)

Gaz moleküllerinin, kütlesi, sayısı, hızı ve kinetik enerjisi gibi gözle görülemeyen mikroskobik özellikler sonucu ortaya çıkan basınç, hacim, sıcaklık ve mol sayısı gibi makroskobik özelliklerin bilinmesi gazların incelenmesini kolaylaştırır.

 Gazların fiziksel özellikleri:

1.   Gaz molekül sayısı

2.   Gazın sıcaklığı

3.   Gazın hacmi

4.   Gazın basıncı

5.    

1.Gaz molekül sayısı :

Bir miktar gazın hacmi, sıcaklığı ve basıncı birbirine bağlı olarak değişebilir. Fakat molekül sayısı değişmez. Bu nedenle bir kaptaki gazın miktarını veya kütlesi ya da molekül sayısını belirtmemiz gerekir. Gazların miktarları genellikle mol sayısı (n) ve molekül sayısı (N) ile gösterilerek belirtilir. n = m /Ma  n=NK'da n=N (tanecik sayısı)/Na(avogadro sayısı) bağıntıları ile hesaplanır.

2.Gazın sıcaklığı :

Sıcaklık ölçülebilen bir  büyüklüktür. Bir maddenin bir tek molekülünün kinetik enerjisinin bir ölçüsü olup, termometre ile ölçülür. Gazın ortalama kinetik enerjisi ile sıcaklık doğru orantılıdır. Bilimin sıcaklık ölçeği kelvin'dir.

3.Gazın hacmi :

Bir gazın hacmi; içinde bulunduğu kabın hacmine eşittir. Sabit basınç ve sıcaklıkta belli miktardaki gazın hacmi, hareketli-sürtünmesiz pistonla kapatılmış silindirlerde ya da civa damlası ile kapatılmış dereceli borularda ölçülür. Gazın hacmi gazın miktarına (mol sayısına), sıcaklığına ve basıncına bağlı olarak değişir. Hacim birimi m3, lt veya cm3 kullanılır. Esnek olmayan kaplarda gazın hacmi kabın iç hacmine eşittir.                                        

4.Gazın basıncı :

Gaz molekülleri, içinde bulundukları kabın çeperlerine sürekli olarak çarparlar, bu çarpmalar sonucunda gaz moleküllerinin çeperin birim yüzeyine uyguladıkları kuvvetlerin toplamına gaz basıncı denir. Basınç birimi olarak çok farklı birimler kullanılır.Örneğin; atmosfer (atm), cm Hg. Bir gazın basıncı, birim yüzeye çarpan molekül sayısına, çarpma sayısına, hızına ve sıcaklığına bağlıdır. Bu değişikliklerde şu işlemler ile sağlanmak sureti ile gaz basıncı değiştirilebilir: Gazın bulunduğu kabın hacmi değiştirilmek sureti ile birim hacimdeki molekül sayısı dolayısıyla birim yüzeydeki çarpma sayısı değiştirilerek basınç değiştirilir. Gazın bulunduğu kabın hacmi değiştirilmeden gazın sıcaklığı değiştirilerek moleküllerin enerjileri ve hızları değiştirilmek suretiyle birim yüzeydeki çarpma sayısı ve çarpma kuvveti değiştirilerek basınç değiştirilir.Gazın bulunduğu kabın hacmi ve sıcaklığı değiştirilmeden, kaba gaz ekleyerek birimdeki molekül sayısı değiştirilmek suretiyle basınç değiştirilir,yani gazın miktarı ile orantılıdır.  …..(2)

 

Gaz Basıncının Ölçülmesi :

Kapalı bir kaptaki gazın basıncı manometre ile açık hava basıncı ise barometre ile ölçülür. Açık hava basıncını ilk ölçmeyi başaran Toriçelli olmuştur. Toriçelli'ye göre deniz seviyesinde 0 0C sıcaklıkta yapılan ölçümlerde 76 cm Hg yüksekliğin yapmış olduğu basıncın birbirini dengelediği görülmüştür.Bu kuvvete 1 atmosfer denir.

1 atmosfer = 76 cm Hg = 760 mm Hg

Açık hava basıncı :

Havanın sıcaklığına, nem oranına ve bulunduğu yerin deniz seviyesinden olan yüksekliğine bağlıdır. Deniz seviyesinden 10,5 metre yükseldiğinde 1 mm Hg düşer. Borunun kesitine ve uzunluğuna bağlı değildir.   ……(2)

Manometre : Kapalı kaplardaki gazların basıncını ölçen aletlerdir. İki çeşittir

1- Açık uçlu manometreler : Bu tür manometrelerde sistem atmosfer basıncına açıktır.

a) Gazın basıncı atmosfer basıncından büyükse : Civa açık kolda yükselir ve gazın basıncı atmosfer basıncıyla yüksekliğin toplamına eşittir.

b) Gazın basıncı atmosfer basıncından küçükse : Civa gaza doğru yükselir. Gazın basıncı, atmosfer basıncından yükseklik çıkarılarak bulunur.

c) Gazın basıncı atmosfer basıncına eşitse : Civa seviyeleri eşit olur.

2- Kapalı uçlu manometreler : Bu tür manometrelerde sistem atmosfer basıncına kapalıdır. Civa seviyeleri arasındaki fark gazın basıncına eşittir.  …..(4)

İdeal Gaz Denklemi :

Gaz yasalarına göre bir gazın hacmi; miktar ve sıcaklıkla doğru orantılı, basınç ile ters orantılıdır. Yani;

P.V = n. R. T

dir. Bu denklemi özel koşullara uygulamadan önce “R”  ideal gaz sabitinin sayısal değerini belirlemek gerekir. İdeal gaz denklemine normal koşullar altındaki bir gazın mol hacminin sayısal değeri (22,414 lt) yerine konursa “R” sabitinin değeri elde edilir.

R = P.V = 1 atm . 22,414 lt  = 0,082057 lt.atm

                                     n.T     1 mol .273,15 K                   mol.K        ….(5)

KİNETİK TEORİ :

Deneysel yoldan belirlenen ideal gaz yasaları, uzun süreden beri kuramsal olarak da incelenmektedir. Kinetik Teori bu incelemelerin yapılabilmesi için ileri sürülmüş bir modeldir. Bu kuramın temelleri; Bernoulli (1738) ve Joule (1845-1851) gibi araştırmacıların çalışmalarından da yararlanan Krönig (1856) Clausius (1857) tarafından atılmıştır. Daha sonra özellikle Maxwell (1860) ve Boltzmann (1871) tarafından daha da ileriye götürülen kinetik teorinin bir ideal gaz için ileri sürülen postülatlarını aşağıdaki gibi sıralayabiliriz : 

1)      Gaz molekülleri bulundukları kap içerisinde birbirlerinden çok uzaktadırlar. Gaz moleküllerinin hacimleri toplamı, içinde dolaştıkları serbest hacim yanında ihmal edilebilecek kadar küçüktür.

2)      Gaz molekülleri doğrusal ve büyük bir hızla üç boyutta ötelenme hareketi yaparlar. Bu sırada birbirleri ve içinde bulundukları kabın çeperi ile elastik olarak çarpışırlar. Çarpışma sırasında moleküller arasında kinetik enerji aktarımı olmasına karşın sistemin toplam kinetik enerjisi sürekli sabit kalır.  ...(1)

3)    Gaz ısındıkça moleküllerinin kinetik enerjileri artar. Herhangi bir sıcaklıkta her molekülün kinetik enerjisi farklı olmasına karşın, moleküllerin ortalama kinetik enerjisi değişmeden kalır. Ortalama kinetik enerji sıcaklık arttıkça artmaktadır. Aynı sıcaklıkta bulunan farklı gazların ortalama kinetik enerjileri birbirine eşittir. Gazın sıcaklığı moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir fonksiyonu olarak değerlendirilmektedir. 

4)     İdeal gaz molekülleri arasında çekme ve itme kuvvetleri yoktur. Gaz moleküllerinin içinde bulundukları kap içerisinde gelişigüzel yaptıkları üç boyutlu ötelenme hareketlerine, bu hareketleri çözeltilerdeki taneciklerde ilk kez mikroskop ile  gözleyen İngiliz botanikçisi Robet Brown (1927)’ın adına izafeten Brown hareketleri denilmiştir.  …….(1)

TORİÇELLİ KANUNU :

Havanın ağırlığı olduğu ve atmosfer tabakasının üzerimizde bir basınç oluşturduğu kanıtlanmıştır. Ünlü civa deneyi, bu basıncın 76 cm yüksekliğinde bir civa sütununu dengeleyebildiğini göstermiştir. Daha sonra; civanın özgül ağırlığı 13.6 gr/ cm3  olduğuna göre atmosferin üzerimize uyguladığı basıncın 76x13.6=1033.6 gr/cm3 olduğunu söylemiştir. Biz atmosfer tarafından uygulanan bu basınca “atmosferik basınç” diyoruz. Atmosfer tarafından deniz seviyesinde uygulanan 1033.6 gr/cm3’lük basınç 1 atmosfere eşittir diyoruz ve hesaplamalarımızda bu birimi kullanıyoruz. 10 m. yüksekliğindeki bir deniz suyu kütlesi üzerimizde 1 atmosferlik basınç yaratır. Yani denize daldıkça üzerimizdeki basınç, her 10 metrede 1 atmosfer artar. Biz üzerimizde yalnızca suyun etkisi ile oluşan basınca “hidrostatik basınç” (Geyç basıncı) diyoruz. Suya girdiğimizde üzerimize, hem daldığımız derinliğe eşit miktarda suyun basıncı, hem de dışarıdan iletilen atmosferik basınç etki eder. Biz dalışlarımız sırasında bizi etkileyen hidrostatik basınç ve atmosferik basınç toplamına “mutlak basınç” adını veriyoruz.

Boyle-Mariotte Yasası:

Belirli sıcaklıkta, belirli bir miktar gazın basıncı ile hacmi arasındaki matematiksel bağıntı 1662’de Robert Boyle tarafından bulunmuştu. Boyle, belirli bir miktar gazın hacmi ile basıncının çarpımının yaklaşık olarak sabit kaldığını buldu. Bundan başka basınç sabitken gaz ısıtıldığında hacminin genişlediğinin de farkına vardı; fakat, belki de o zamanlar sıcaklığın henüz kesin bir tanımı yapılmamış olduğundan, bu olayın üzerinde fazla durmadı. Boyle'un sıcaklığın bir gaz üzerindeki nitel etkisi konusundaki gözlemi şüphesiz önemliydi, zira basınç-hacim bağıntısıyla ilgili tayinlerin anlamlı olabilmesi için, deney sırasında çevre sıcaklığının sabit tutulması gerektiğini gösteriyor.

Sabit sıcaklıkta, sabit miktardaki gazın hacmi, basıncı ile ters orantılıdır.

P a  1/V     ya da  PV = a  (a sabit )

         Orantı işareti  (a) yerine eşitlik ve orantı sabitini koyarsak, sabit bir sıcaklık ve miktardaki gazın basınç ve hacim çarpımı bir sabite eşittir. Bu sabit değer de gazın miktarı ve sıcaklığına bağlıdır.   …….(6)

 

TORİÇELLİ DENEYİ

 

4)KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER : 

v  Spor

v  Bünzen kıskacı  

v  Adaptör                           

v  Döküm ayak

v  Havan

v  Civa Damlalığı

v  Civa (Hg)

v  Eldiven

v  Cetvel

v  Toriçelli borusu (80 cm)

5)DENEYİN YAPILIŞI :

Civa damlalığı civa ile doldurulur. Toriçelli borusu, kapalı ucu masaya değecek şekilde 450’lik bir açıyla tutulur. Toriçelli borusu, hava kabarcıkları kalmayacak şekilde civa damlalığındaki civa ile doldurulur. Boru bazen dik tutulup, borunun alt kısmına yavaş yavaş vurulmalıdır.

Havan’ın içi yarısına kadar suyla doldurulur. İçi su dolu havanın içine toriçelli borusu ters çevrilip yerleştirilir. Toriçelli borusu, spora tutturularak bu şekilde kalması sağlanır. Cam borunun havana değmemesine dikkat edilir. Oluşun boşluk, cetvelle ölçülür.

6)DENEYİN ŞEKLİ :

7)DENEYİN SONUCU :

Toriçelli borusunu havana yerleştirdikten bir süre sonra, civa alçalarak dengede kaldı. Yukarıdaki boşluk 11 cm çıktı. Havanın yerden yüksekliğini 1 cm olarak ölçtük.

Beytepe’deki açık hava basıncı = 80 – (11 + 1) =68 cm Hg

 

8)DENEYİN YORUMU :

Toriçelli borusunu 450’lik açıyla tutmamızdaki sebep; civa ağır bir metal olduğu için camı kırmasını engellemekti. Daha sonra boruyu dik tutup, borunun alt kısmına vurduk; çünkü civa, bazı yerlerde toplanıyordu, hava kabarcıkları oluşuyordu. Bu kabarcıkları yok etmek için boruya vurduk. Toriçelli, bu deneyi deniz seviyesinde 00 sıcaklıkta yapmıştı, açık hava basıncını 76 cm Hg olarak bulmuştu. Biz bu deneyi yaptığımızda hava sıcaklığı 14-170C dolaylarındaydı. Beytepe açık hava basıncı 68 cm Hg çıktığına göre, deniz seviyesinden çok yüksektedir.

 

BOYLE- MARIOTTE DENEYİ

 

4)KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER:      

 

v  Döküm ayak            *Spor                    *Civa                *Şırınga

v  U Borusu                 *Civa damlalığı      *Cetvel

 

5)DENEYİN YAPILIŞI :

U  borusu spora tutturulur. Civa damlalığı ile içi civayla doldurulur. Doldurulunca civa seviyeleri eşit olmaz, enjektörle civa seviyeleri eşitlenir. Daha sonra şırıngayla basınç uygulanır. Açık olan uçta civanın ne kadar yükseldiği cetvelle ölçülür. Değişiklikler gözlemlenir.

 

6)DENEYİN ŞEKLİ :

7)DENEYİN  SONUCU :

Açık olan uçta 11,2 cm civa yükseldi. Basınç uygulandığımız kolda civa seviyesi azaldı, yani hacim azaldı.

Gazın basıncı (Pgaz) = 68 + 11,2 = 79,2 cm Hg

 

8)DENEYİN YORUMU :

Yaptığımız deneyden elde ettiğimiz bilgileri  değerlendirerek şu genellemeyi yapabiliriz: Miktarı ve sıcaklığı sabit tutulan bir gazın hacmi ile basıncı ters orantılı alarak değişir. Bu kural da Boyle  Yasası  olarak bilinir.

Bir silindirdeki piston itilerek gazın hacmi yarıya indirilirse, birim hacimdeki tanecik sayısı iki katına çıkar. Bu, birim zamanda birim yüzeye çarpma sayısını iki katına çıkarır. Çarpma sayısı iki katına çıkınca birim yüzeye taneciklerin uyguladığı  kuvvet, yani basınç iki katına çıkar. Sonuç olarak; gazın hacminin yarıya düşürülmesi  basıncın iki katına çıkmasına neden olur. Benzer şekilde, hacim üçte birine düşürülürse, basınç  üç katına; hacim dörtte birine düşürülürse basınç dört katına çıkar. Ancak her seferinde PV değeri aynıdır.

Formüldeki k sabitinin değeri, kütle ve sıcaklığa bağlıdır. Kütlesi ve sıcaklığı sabit olan bir gazın basıncı-hacim çarpımı daima sabittir (Bu deneyde sıcaklığın sabit kaldığını varsaydık.).

Bu deneyde gazın enjektörle hacmini birkaç defa değiştirip, buna karşılık gelen basınçları ölçebilirdik. Bu şekilde deneyi yapsaydık, basınç değerlerine karşılık ölçülen hacim değerleri arasında daima ;

          P1 V1= P2 V2= P3 V3=…. =Pn Vn = k

bağıntısının olduğunu görürdük.

9)KAYNAKÇA :

1.   Prof. Dr. Ender Erdik, Prof. Dr. Yüksel Sarıkaya; Temel Üniversite Kimyası Cilt-1, Gazi Büro Kitabevi, Ankara-1993

2.   http://www.stu.inonu.edu.tr

3.   Fen Bilgisi Laboratuarı Deney Klavuzu, Dr. Sinan Erten, Araş. Gör. Pınar Özdemir, Dr. Cemil Aydoğdu, Araş. Gör. Serkan Yılmaz; 2004

4.   http://www.geocities.com.tr

5.   RalphH.Petrucci,William S. Harwood,Çeviri Editörü Tahsin Uyar; Genel Kimya Prensipler ve Modern Uygulamalar 1, Palme Yayıncılık1994

6.   http://www.lisanskimya.balikesir.edu.tr   

Bilimtey Bilim Topluluğu Bilim Sitesi

 

Bu yazı kaynak belirtmeden kesinlikle kullanılamaz!

Bu yazı Bilimtey.com'dan alındı.






Son Güncel Olaylar...

2. Bilimtey Bilim Günleri
4-5-6 Mayıs, Karabük

Güneş Enerjili Uçak Porjesi
Bilimtey GUUC 1 Projesi

Odtü Robot Günleri
2009 Oyunları Sonuçlandı





Türkiye uzaya astronot göndermeli mi?

Evet
Hayır

Sonuçlar

Günün Sözü

Bilimtey Bilim Topluluğu
Tüm Hakları Saklıdır.

08:57
23 Temmuz 2014
 

Gizliklik Bildirimi | Reklam Politikası | Hakkımızda | Editörlük | Sitene Ekele