Lei de Boyle

A própria lei pode ser declarada da seguinte forma:

Para uma massa fixa de um gás ideal mantido em uma temperatura fixa, pressão e volume são inversamente proporcionais.

Ou a lei de Boyle é um gás lei, afirmando que a pressão e o volume de um gás têm uma relação inversa. Se o volume aumenta, a pressão diminui e vice-versa, quando a temperatura é mantida constante.

Portanto, quando o volume é reduzido pela metade, o a pressão é dobrada; e se o volume é dobrado, a pressão é reduzida à metade.

Relação com a teoria cinética e gases ideaisEdit

A lei de Boyle afirma que em temperatura constante o volume de um dada massa de um gás seco é inversamente proporcional à sua pressão.

A maioria dos gases se comporta como gases ideais em pressões e temperaturas moderadas. A tecnologia do século 17 não podia produzir pressões muito altas ou temperaturas muito baixas. Assim, não era provável que a lei tivesse desvios no momento da publicação. Como as melhorias na tecnologia permitiram pressões mais altas e temperaturas mais baixas, desvios do comportamento ideal do gás tornaram-se perceptíveis e a relação entre pressão e volume só pode ser descrita com precisão empregando a teoria do gás real. O desvio é expresso como o fator de compressibilidade.

Boyle (e Mariotte) derivou a lei apenas por experimento. A lei também pode ser derivada teoricamente com base na suposta existência de átomos e moléculas e suposições sobre o movimento e colisões perfeitamente elásticas (ver teoria cinética dos gases). Essas suposições encontraram enorme resistência na comunidade científica positivista da época, no entanto, visto que eram vistas como construções puramente teóricas para as quais não havia a menor evidência observacional.

Daniel Bernoulli (em 1737-1738 ) derivou a lei de Boyle aplicando as leis de movimento de Newton no nível molecular. Permaneceu ignorado até por volta de 1845, quando John Waterston publicou um artigo construindo os principais preceitos da teoria cinética; isso foi rejeitado pela Royal Society of England. Trabalhos posteriores de James Prescott Joule, Rudolf Clausius e em particular Ludwig Boltzmann estabeleceram firmemente a teoria cinética dos gases e chamaram a atenção para as teorias de Bernoulli e Waterston.

O debate entre os defensores da energética e do atomismo levou Boltzmann escrever um livro em 1898, que sofreu críticas até seu suicídio em 1906. Albert Einstein em 1905 mostrou como a teoria cinética se aplica ao movimento browniano de uma partícula suspensa por fluido, que foi confirmado em 1908 por Jean Perrin.

EquationEdit

A equação matemática para a lei de Boyle é:

PV = k {\ displaystyle PV = k}

onde P denota a pressão do sistema, V denota o volume de o gás, k é um valor constante representativo da temperatura e do volume do sistema.

Enquanto a temperatura permanecer constante, a mesma quantidade de energia fornecida ao sistema persiste ao longo de sua operação e, portanto, teoricamente, o o valor de k permanecerá constante. No entanto, devido à derivação da pressão como força perpendicular aplicada e à probabilidade probabilística de colisões com outras partículas através da teoria de colisão, a aplicação de força a uma superfície pode não ser infinitamente constante para tais valores de V, mas terá um limite ao diferenciar tais valores ao longo de um determinado tempo. Forçando o volume V da quantidade fixa de gás a aumentar, mantendo o gás na temperatura inicialmente medida, a pressão P deve diminuir proporcionalmente. Por outro lado, reduzir o volume do gás aumenta a pressão. A lei de Boyle é usada para prever o resultado da introdução de uma mudança, apenas no volume e na pressão, no estado inicial de uma quantidade fixa de gás.

Os volumes iniciais e finais e as pressões da quantidade fixa de gás, onde as temperaturas inicial e final são iguais (aquecimento ou resfriamento será necessário para atender a esta condição), são relacionadas pela equação:

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

Aqui P1 e V1 representam a pressão e o volume originais, respectivamente, e P2 e V2 representam a segunda pressão e o volume.

A lei de Boyle, a lei de Charles e a lei de Gay-Lussac formam a lei do gás combinado. As três leis dos gases em combinação com a lei de Avogadro podem ser generalizadas pela lei dos gases ideais.