Законът на Бойл-Мариот
ТАБЛИЦА ЗА ПОРЪЧКИ:
БОНУСИ:
ДОБАВЯНЕ КЪМ ОТМЕТКИ
Дизайн и поддръжка:Александър Кузнецов
Техническа поддръжка: Михаил Булах
Програмиране: Данил Мончукин
Маркетинг: Татяна Анастасиева
Превод: Наталия Кузнецова
произведено в Украйна
Важни научни открития
Робърт Бойл (1627-1691) е тринадесетото от четиринадесетте деца на Ричард Бойл, първият херцог на Корк, свиреп и успешен паричен търговец, живял по времето на кралица Елизабет и умножил земите си чрез завладяване на чужди земи. Той е роден в замъка Лисмор, едно от ирландските имения на баща му. Там Робърт прекарва детството си. Получава отлично домашно образование и на осемгодишна възраст става студент в Итънския университет. Там той учи четири години, след което заминава за новото имение на баща си Столбридж.
Както беше обичайно по това време, на дванадесетгодишна възраст Робърт и брат му бяха изпратени на пътуване до Европа. Той решава да продължи образованието си в Швейцария и Италия и остава там дълги шест години. Бойл се завръща в Англия едва през 1644 г., след смъртта на баща си, който му оставя значително състояние.
В Столбридж той създава лаборатория, където до края на 1645 г. започва изследвания в областта на физиката, химията и селскостопанската химия. Бойл обичаше да работи върху няколко проблема едновременно. Обикновено обясняваше подробно на асистентите какво трябва да свършат за деня, след което се оттегляше в офиса, където го чакаше секретарката. Там той диктува своите философски трактати.
Енциклопедичен учен Бойл, занимаващ се с проблемите на биологията, медицината, физиката и химията, проявява не по-малък интерес към философията, теологията и лингвистиката. Бойл придава първостепенно значение на лабораториятаизследвания. Най-интересни и разнообразни са неговите опити по химия. Той вярваше, че химията, след като се отдели от алхимията и медицината, може да се превърне в независима наука.
Отначало Бойл се занимава с получаване на инфузии от цветя, лечебни билки, лишеи, дървесна кора и корени на растения. Най-интересна беше лилавата настойка, получена от лакмусов лишей. Киселините промениха цвета си в червено, а основите - в синьо. Бойл нареди хартията да се напои с тази инфузия и след това да се изсуши. Парче такава хартия, потопено в тестовия разтвор, променя цвета си и показва дали разтворът е кисел или алкален. Това беше едно от първите вещества, които Бойл още тогава нарече индикатори.
Един наблюдателен учен не можеше да подмине друго свойство на разтворите: когато към разтвор на сребро в азотна киселина се добави малко солна киселина, се образува бяла утайка, която Бойл нарече „лунна роговица“ (сребърен хлорид). Ако тази утайка се остави в отворен съд, тя почернява. Това беше аналитична реакция, която надеждно показва, че изследваното вещество съдържа "луната" (сребро).
Младият учен продължава да се съмнява в универсалната аналитична способност на огъня и търси други средства за анализ. Дългогодишните му изследвания показват, че когато веществата се повлияят от определени реагенти, те могат да се разложат на по-прости съединения. Използвайки специфични реакции, беше възможно да се определят тези съединения. Някои вещества образуват цветни утайки, други отделят газ с характерна миризма, трети дават цветни разтвори и т.н. Бойл нарича процесите на разлагане на веществата и идентифицирането на получените продукти с помощта на анализ на характерни реакции. Това беше нов начин на работа, който даде тласък на развитието на аналитичната химия.
INПрез 1654 г. ученият се премества в Оксфорд, където продължава експериментите си със своя асистент Вилхелм Гомберг. Изследванията бяха сведени до една цел: да се систематизират веществата и да се разделят на групи според техните свойства.
След Гомберг негов асистент става младият физик Робърт Хук. Те посветиха своите изследвания главно на газовете и развитието на корпускулярната теория.
Научавайки от научни публикации за работата на немския физик Ото Герике, Бойл решава да повтори експериментите си и за целта изобретява оригиналния дизайн на въздушна помпа. Първият пример на тази машина е създаден с помощта на Хук. Изследователите успяха почти напълно да премахнат въздуха с помпа. Въпреки това всички опити да се докаже наличието на етер в празен съд остават безполезни.
„Няма етер“, заключи Бойл. Той решава да нарече празното пространство вакуум, което означава „празно“ на латински.
През 1660 г. в имението си Бойл завършва първата си голяма научна работа - "Нови физико-механични експерименти относно теглото на въздуха и неговите проявления". Следващата книга беше „Скептичният химик“. В тези книги Бойл не оставя камък необърнат от доктрината на Аристотел за четирите елемента, съществувала почти две хиляди години, „етера“ на Декарт и трите алхимични принципа. Естествено, това произведение предизвиква остри нападки от последователите на Аристотел и картезианците. Бойл обаче разчиташе на опита си в него и затова доказателствата му бяха неоспорими. Повечето от учените - последователи на корпускулярната теория - с ентусиазъм приеха идеите на Бойл. Много от неговите идеологически противници също бяха принудени да признаят откритията на учения.
Младият физик Ричард Таунли става негов нов помощник в оксфордската лаборатория. Заедно с него Бойл отвори един отосновни физични закони, установяващи, че промяната в обема на газ е обратно пропорционална на промяната в налягането. Това означаваше, че като се знае промяната в обема на съда, беше възможно точно да се изчисли промяната в налягането на газа. Това откритие е най-голямото откритие на 17 век. Бойл го описва за първи път през 1662 г. („В защита на доктрината за еластичността и теглото на въздуха“) и скромно го нарича хипотеза.
Концепцията за еластичността на въздуха, която съответства на сегашната концепция за налягането, беше определяща в плановете и в изпълнението на експериментите на Бойл.
"Еластичността на въздуха", пише Gliozzi, "е демонстрирана от Паскал в експеримент, повторен от Академията за експерименти и Guericke. Въздушен мехур се надува, ако се постави в барометрична камера или в резервоар, от който се евакуира въздух. Опитът на Guericke с два комуникиращи съда също свидетелства за еластичността на въздуха." Между другото, отбелязваме, че теорията за еластичността се ражда от описаните експерименти с въздух. Този термин, въведен от Пеке през 1651 г., е широко използван от Бойл, който прави и първите изследвания на еластичността на твърдите тела.
Сега такива идеи предизвикват само усмивка, но тогава те се нуждаеха от сериозно разглеждане, което Бойл направи в работата си "Защита срещу Лино", където той има за цел да докаже, че еластичността на въздуха е способна на нещо повече от просто задържане на "Торичеловата колона".
Бойл описва своето изследване много подробно: "Взехме дълга стъклена тръба, която с умела ръка и лампа беше огъната по такъв начин, че извитата нагоре част беше почти успоредна на останалата част. Дупката в това по-късо коляно беше херметически затворена.Същата лента хартия беше залепена за дългия лакът. След това "живак беше излят в тръбата в такова количество, че да запълни полукръглата или извитата част на сифона" и застана на едно и също ниво в двете колена. "Когато това беше направено, започнахме да добавяме живак към дългия лакът. докато въздухът в късия крак се намали чрез компресия, така че да заема само половината от първоначалния обем. Не откъсвахме очи от по-дългата тръба. и забелязахме, че живакът в този по-дълъг лакът е с 29 инча по-висок от този в другия."
Обобщавайки резултатите от тези експерименти, Бойл отбеляза: "Когато въздухът беше компресиран, така че да се кондензира в обем, който беше една четвърт от първоначалния, ние опитахме колко студ от ленена кърпа, навлажнена с вода, ще сгъсти въздуха. Оста тази топлина има по-забележим ефект от предишния действащ студ.
Интересното е, че не Бойл е направил изводите от проучванията, а Таунли. Бойл посочва, че Ричард Таунли, четейки първото издание на своя труд „Нови физико-механични експерименти относно еластичността на въздуха“, е изказал хипотезата, че „наляганията и разширенията са обратно пропорционални едно на друго“.
Работата на Мариот е значително по-ниска от тази на Бойл по отношение на задълбочеността на експеримента. Бойл, както видяхме, измерва височините на живачния стълб до най-близката шестнадесета от инча, сравнява действителните наблюдавани стойности с изчисленията и посочванеизбежна грешка при измерване. Мариот измерва височините на живачния стълб в цели инчове и се ограничава до докладването, че експерименталните данни са в пълно съответствие с изчислените. Предпазлив и критичен, Бойл нарича открития от него закон само „хипотеза“, изискваща експериментално потвърждение. Мариот го провъзгласява за закон или правило на природата. Така че честно казано, "законът на Бойл-Мариот" трябва да се нарича "закон на Бойл-Таунли" или "Бойл-Таунли-Хук". За съжаление, понякога в курсовете по физика погрешно се твърди, че Мариот е "усъвършенствал" изследванията на Бойл, което е напълно невярно.
Независимо от това Мариот (1620–1684) е този, който предрича различните приложения на закона. От тях най-важното беше изчисляването на височината на дадено място от барометърни данни. Изчислението, извършено чрез работа с безкрайно малки количества, доведе до провал поради слабата математическа подготовка на учения.
По-късно, през 1686 г., английският астроном Едмънд Халей (1656–1742) се обръща към проблема за определяне на надморската височина от атмосферното налягане. Той е известен на повечето читатели с откритата от него комета, която носи неговото име. И така, Халей намери формула, която по същество е правилна, ако не вземете предвид промените в температурата. Същността на формулата на Халей се свежда до твърдението, че с увеличаване на надморската височина в аритметична прогресия атмосферното налягане намалява експоненциално.
Вижте други статиив раздела Най-важни научни открития.
Препоръчваме изтегляне от нашата безплатна техническа библиотека: