Otázka vztahu objemu a tlaku plynu je jedním z nejzajímavějších a nejaktuálnějších v oblasti fyziky. Když snížíme objem válce, změní se tlak plynu uvnitř něj. Ale jaká je přesně tato závislost?
Pro pochopení tohoto fyzikálního jevu je nutné Boyle-Mariottův zákon, který říká:"při konstantní teplotě je objem plynu nepřímo úměrný jeho tlaku." Jinými slovy, když se objem plynu zdvojnásobí, jeho tlak se také zdvojnásobí, za předpokladu, že teplota zůstává konstantní.
Lze tedy s jistotou říci, že při snížení objemu válce určité veličiny, tlak plynu v něm se změní úměrně. Tato závislost hraje důležitou roli v mnoha praktických situacích spojených například s letectvím, zdravotnickými zařízeními a průmyslem.
Změna tlaku plynu
Tlak plynu v uzavřeném objemu se mění v závislosti na objemu plynu. Podle Boyle-Mariottova zákona, který popisuje změnu tlaku plynu při konstantní teplotě, se snížením objemu válce zvyšuje tlak plynu.
Velikost změny tlaku plynu při poklesu objemu lze vyjádřit pomocí vzorce:
- p1-počáteční tlak plynu
- p2-změněný tlak plynu
- V1-původní objem plynu
- V2-změněný objem plynu
Když se tedy objem válce sníží n krát, tlak plynu se zvýší n krát. To vysvětluje, proč stlačování plynu vede k jeho zvýšenému tlaku.
Závislost na objemu válce
Tlak plynu je přímo úměrný jeho objemu při konstantní teplotě a množství látky. To je Boyle-Mariottův zákon. Pokud je objem válce snížen v určitém počtu, pak se tlak plynu v něm zvyšuje ve stejném počtu.
Matematicky si to lze představit následovně:
kde P1 a V1 - počáteční tlak a objem válce a P2 a V2 - jejich nové hodnoty.
Pokud se tedy objem válce sníží 2x, pak se tlak plynu v něm zvýší také 2x. Pokud se objem sníží třikrát, tlak se zvýší třikrát a tak dále.
Tato závislost umožňuje řídit tlak plynu změnou jeho objemu. Pokud je například nutné zvýšit tlak v plynovém potrubí, stačí snížit objem válce. Naopak ke snížení tlaku je potřeba zvýšit objem.
Matematický poměr
K určení změny tlaku plynu při snížení objemu válce lze použít matematický poměr zvaný Boyle-Mariottův zákon. Tento zákon říká, že při konstantní teplotě je tlak plynu nepřímo úměrný jeho objemu.
Matematicky je to vyjádřeno následovně:
kde P1 a v1-počáteční tlak a objem plynu,
P2 a V2-konečný tlak a objem plynu.
Z tohoto poměru vyplývá, že při snížení objemu válce (V2 je menší než v1) se zvýší tlak plynu (P2). V souladu s tím se tlak plynu změní v úměrném poměru se změnou objemu válce.