通过绘制p和v之间的图形，研究恒温条件下空气样品的体积随压力的变化。

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介绍

波义耳定律的理论基于几种气体的性质及其定律。对于任何气体物质，都指出气体物质没有固定的形状或体积，它似乎会适应其所处容器的形状。气体的主要宏观性质包括其体积、压力、质量和温度。所有这些气体的性质都可以通过动力学理论轻松解释，其中考虑了气体的各自运动和分子组成。

波义耳定律的理论

在定义波义耳定律理论之前，需要解释气体定律。气体定律的定义是为了显示气体宏观性质之间存在错综复杂的关系（Lin *等*，2021）。然而，波义耳定律理论指出，在给定气体物质的压力降低时，会观察到该气体物质的体积增加。

图1：波义耳定律装置

该定律进一步指出，给定质量的气体的压力被认为与其体积成反比。当给定质量气体的温度保持恒定时，就会观察到这种情况。

目标和所需的仪器

本实验的目的是确定压力和体积的变化，即给定空气样品中观察到的宏观性质。但是，应在给定空气样品的温度保持恒定的条件下进行此实验（Amrita.olabs.edu，(2022)）。此外，将在本实验中确定的压力和体积变化之间绘制图形。在本实验中，所需的仪器包括波义耳定律装置、垂线、福廷气压计、一对直角三角板和最后是温度计。

实验室程序

必须遵循某些实验室程序，如下所示。首先，将装置垂直设置并用沉重的金属底座和用于平整的螺钉支撑。垂线用于测试所用装置。管A包含封闭的空气，汞位于管B中，大气压力应在福廷气压计中与温度一起记录。

图2：管AB中空气的压力 = H + h

将记录管A的体积，该体积是刻度的。但是，移动管A和B以记录在空气样品的压力和体积中观察到的变化。

观察结果

汞柱高度位置		压差 (p) (cm)管A和管B	空气压力 P = P0+p (厘米汞柱)	空气体积 V (cm3)	1/V (cm-1)	PV
在管A中 (cm)	在管B中 (cm)

表1：研究体积随压力的变化

结果

根据研究体积随压力变化的观察结果，PV保持恒定。这主要是由于在过程中应用了波义耳定律。这里，PV 图形呈双曲线状，最终有助于满足 PV 与恒定压力之间的相等关系。

图3：波义耳定律

这也满足了关系 $\mathrm{P \varpropto 1/V}$，这有助于研究体积随压力的变化。

预防措施

关于体积变化的研究需要遵循一些预防措施，才能成功进行研究。首先，需要以最大的真实性绘制图形。之后，应注意木板是否垂直，并在测试过程中正确使用汞和直角三角板（Kim、Kim & Han，2021）。在此之后立即，需要从实验开始到结束计算大气压。

结论

关于空气压力下体积的研究包含了波义耳定律，其中体积和压力彼此成反比。在研究过程中，需要保持管A在新鲜空气中纯净干燥，以保持最大的真实性。结果可以在 PV 图形为一条斜率为正的直线的部分得出结论。

常见问题

Q1. 当温度恒定时，变化的体积如何影响压力？

答：变化的体积和压力之间存在比例关系，其中所含气体的逐渐减少会增加压力，而体积的增加会降低压力。在研究这两个因素之间的变化时，这两个因素的过程似乎相反。

Q2. 当对气体施加压力时，气体的体积如何变化？

答：当对气体施加一定压力时，气体的体积会成比例地变化。对气体施加压力后，它会立即增加，从而导致气体体积减小。

Q3. 压力对体积的增加和减少有任何影响吗？

答：当气体的体积减小时，气体粒子开始与容器壁碰撞。在这种情况下，壁上的粒子开始施加力，最终控制体积的增加和减少。

Q4. 在验证体积随压力变化的过程中，一些可能的误差来源是什么？

答：验证过程存在重大的误差来源，例如在管A中使用不纯净的空气。此外，装置的窄底座和稳定性差可能是主要的误差来源。