Boylen laki

Itse laki voidaan sanoa seuraavasti:

Kiinteässä lämpötilassa pidetyn ihanteellisen kaasun kiinteälle massalle paine ja tilavuus ovat kääntäen verrannollisia.

Tai Boylen laki on kaasu laki, jonka mukaan kaasun paineella ja tilavuudella on käänteinen suhde. Jos tilavuus kasvaa, paine laskee ja päinvastoin, kun lämpötila pidetään vakiona.

Kun tilavuus puolitetaan, paine kaksinkertaistuu, ja jos tilavuus kaksinkertaistetaan, paine puolittuu.

Suhde kineettiseen teoriaan ja ihanteellisiin kaasuihinMuokkaa

Boylen lain mukaan vakiolämpötilassa annettu kuivan kaasun massa on kääntäen verrannollinen sen paineeseen.

Suurin osa kaasuista käyttäytyy ihanteellisten kaasujen tavoin kohtuullisissa paineissa ja lämpötiloissa. 1600-luvun tekniikka ei pystynyt tuottamaan kovin korkeita paineita tai erittäin matalia lämpötiloja. Siksi lakilla ei todennäköisesti ollut poikkeamia julkaisuhetkellä. Kun tekniikan parannukset sallivat korkeammat paineet ja matalammat lämpötilat, poikkeamat ihanteellisesta kaasukäyttäytymisestä tulivat havaittaviksi, ja paineen ja tilavuuden välinen suhde voidaan kuvata tarkasti vasta todellisen kaasuteorian avulla. Poikkeama ilmaistaan puristettavuustekijänä.

Boyle (ja Mariotte) johti lain vain kokeilemalla. Laki voidaan johtaa myös teoreettisesti perustuen oletettuun atomien ja molekyylien olemassaoloon sekä oletuksiin liikkumisesta ja täydellisen joustavista törmäyksistä (katso kaasujen kineettinen teoria). Näihin olettamuksiin vastasi tuolloin positivistinen tiedeyhteisö valtavaa vastarintaa, koska ne nähtiin puhtaasti teoreettisina rakenteina, joista ei ollut pienintäkään havaintotodistusta.

Daniel Bernoulli (vuosina 1737–1738) ) johti Boylen lakiin soveltamalla Newtonin liikelakeja molekyylitasolla. Se jätettiin huomiotta vasta vuoteen 1845 asti, jolloin John Waterston julkaisi paperin, joka rakensi kineettisen teorian päämääräykset; Englannin kuninkaallinen seura hylkäsi tämän. Myöhemmät James Prescott Joulen, Rudolf Clausiusin ja erityisesti Ludwig Boltzmannin teokset vakiinnuttivat vakaasti kaasujen kineettisen teorian ja toivat huomion molempiin Bernoullin ja Waterstonin teorioihin.

Keskustelu energian ja atomismin kannattajien välillä johti Boltzmannia kirjoittaa vuonna 1898 kirjan, joka kesti kritiikkiä itsemurhaansa asti vuonna 1906. Albert Einstein vuonna 1905 osoitti, kuinka kineettinen teoria koskee nesteen suspendoituneen hiukkasen Brownin liikettä, jonka Jean Perrin vahvisti vuonna 1908.

EquationEdit

Boylen lain matemaattinen yhtälö on:

PV = k {\ displaystyle PV = k}

missä P tarkoittaa järjestelmän painetta, V tarkoittaa kaasu, k on vakioarvo, joka edustaa järjestelmän lämpötilaa ja tilavuutta.

Niin kauan kuin lämpötila pysyy vakiona, järjestelmälle annettu sama energiamäärä säilyy koko sen toiminnan ajan, joten teoriassa k: n arvo pysyy vakiona. Kuitenkin johtuen paineen johtamisesta kohtisuorana käytettynä voimana ja todennäköisyydestä törmäyksiin muiden hiukkasten kanssa törmäysteorian avulla, voiman kohdistaminen pintaan ei välttämättä ole äärettömän vakaa tällaisille V-arvoille, mutta sillä on raja erottaessaan tällaisia arvoja tiettynä aikana. Kun kiinteän kaasumäärän V määrä pakotetaan kasvamaan pitämällä kaasu alun perin mitatussa lämpötilassa, paineen P on laskettava suhteellisesti. Päinvastoin kaasun tilavuuden pienentäminen lisää painetta. Boylen lakia käytetään ennustamaan tulos, joka aiheutuu muutoksesta vain tilavuudessa ja paineessa kiinteän kaasumäärän alkutilaan.

Kiinteän määrän alku- ja lopputilavuudet ja paineet. kaasun, jonka alku- ja loppulämpötilat ovat samat (tämän ehdon täyttämiseksi tarvitaan lämmitystä tai jäähdytystä), liittyvät yhtälöön:

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

Tässä P1 ja V1 edustavat vastaavasti alkuperäistä painetta ja tilavuutta ja P2 ja V2 toista painetta ja tilavuutta.

Boylen laki, Charlesin laki ja Gay-Lussacin laki muodostavat yhdistetyn kaasulain. Kolme kaasulakia yhdessä Avogadron lain kanssa voidaan yleistää ihanteellisella kaasulakilla.