Boyleův zákon

Samotný zákon lze konstatovat takto:

Pro stálou hmotnost ideálního plynu udržovanou při stálé teplotě jsou tlak a objem nepřímo úměrné.

Nebo Boyleův zákon je plyn zákon, který uvádí, že tlak a objem plynu mají inverzní vztah. Pokud se objem zvyšuje, pak tlak klesá a naopak, když je teplota udržována konstantní.

Proto, když je objem snížen na polovinu, tlak se zdvojnásobí; a pokud se objem zdvojnásobí, tlak se sníží na polovinu.

Vztah s kinetickou teorií a ideálními plynyEdit

Boyleův zákon stanoví, že při konstantní teplotě je objem a daná hmotnost suchého plynu je nepřímo úměrná jeho tlaku.

Většina plynů se chová jako ideální plyny při středních tlacích a teplotách. Technologie 17. století nemohla produkovat velmi vysoké tlaky nebo velmi nízké teploty. Proto nebylo pravděpodobné, že by zákon měl v době zveřejnění odchylky. Protože vylepšení technologie umožňovaly vyšší tlaky a nižší teploty, byly patrné odchylky od chování ideálního plynu a vztah mezi tlakem a objemem lze přesně popsat pouze s využitím teorie skutečných plynů. Odchylka je vyjádřena jako faktor stlačitelnosti.

Boyle (a Mariotte) odvodil zákon pouze experimentem. Zákon lze také odvodit teoreticky na základě předpokládané existence atomů a molekul a předpokladů o pohybu a dokonale elastických srážkách (viz kinetická teorie plynů). Tyto předpoklady se v té době setkaly s obrovským odporem v pozitivistické vědecké komunitě, protože byly považovány za čistě teoretické konstrukty, pro které neexistovaly sebemenší pozorovací důkazy.

Daniel Bernoulli (v letech 1737–1738 ) odvodil Boyleův zákon použitím Newtonových pohybových zákonů na molekulární úrovni. To zůstalo ignorováno až do roku 1845, kdy John Waterston publikoval referát o hlavních zásadách kinetické teorie; toto bylo odmítnuto anglickou královskou společností. Pozdější díla Jamese Prescotta Joule, Rudolfa Clausia a zejména Ludwiga Boltzmanna pevně zavedli kinetickou teorii plynů a upozornili na obě teorie Bernoulliho a Waterstona.

Debata mezi zastánci energetiky a atomismu vedla Boltzmanna napsat knihu v roce 1898, která vydržela kritiku až do jeho sebevraždy v roce 1906. Albert Einstein v roce 1905 ukázal, jak kinetická teorie platí pro Brownův pohyb částice suspendované v tekutině, což v roce 1908 potvrdil Jean Perrin.

EquationEdit

Matematická rovnice pro Boyleův zákon je:

PV = k {\ displaystyle PV = k}

kde P označuje tlak systému, V označuje objem systému plyn, k je konstantní hodnota představující teplotu a objem systému.

Dokud teplota zůstane konstantní, stejné množství energie dané systému přetrvává po celou dobu jeho provozu, a proto teoreticky hodnota k zůstane konstantní. Avšak vzhledem k odvození tlaku jako kolmé aplikované síly a pravděpodobnostní pravděpodobnosti kolizí s jinými částicemi prostřednictvím teorie kolize nemusí být aplikace síly na povrch pro takové hodnoty V nekonečně konstantní, ale při diferenciaci bude mít limit takové hodnoty za daný čas. Aby se objem V fixního množství plynu zvýšil, aby se plyn udržel na původně naměřené teplotě, musí se tlak P úměrně snížit. Naopak zmenšením objemu plynu se zvýší tlak. Boyleův zákon se používá k předpovědi výsledku zavedení změny pouze v objemu a tlaku do počátečního stavu pevného množství plynu.

Počáteční a konečné objemy a tlaky pevného množství plynu, kde počáteční a konečná teplota jsou stejné (pro splnění této podmínky bude nutné vytápění nebo chlazení), souvisí s rovnicí:

P 1 V 1 = P 2 V 2. {\ displaystyle P_ { 1} V_ {1} = P_ {2} V_ {2}. \,}

Zde P1 a V1 představují původní tlak a objem a P2 a V2 představují druhý tlak a objem.

Boyleův zákon, Charlesův zákon a Gay-Lussacův zákon tvoří kombinovaný zákon o plynu. Tři zákony o plynu v kombinaci s Avogadrovým zákonem lze zobecnit zákonem o ideálním plynu.