ボイルの法則 - 定義、式、例|化学

ボイルの法則 または マリオットの法則 理想気体の圧力は、一定の質量と温度の条件下では体積に反比例すると述べています。気体の体積が増えると、圧力が下がります。体積が減少すると、圧力が増加します。ボイルの法則は、1862 年にこの法則を発表した化学者で物理学者のロバートボイルにちなんで名付けられました。

ボイルの法則によると、理想気体の絶対圧力は、質量と温度が一定の条件下ではその体積に反比例します。

ボイルの法則式

ボイルの法則には、次の 3 つの一般的な公式があります。

P∝1/V
PV =k
P₁ V₁ =P₂ V₂

P は絶対圧力、V は体積、k は定数です。

ボイルの法則のグラフ化

体積対圧力のグラフには、圧力と体積の逆の関係を示す特徴的な下向きの曲線があります。ボイルは実験データのグラフを使用して、2 つの変数間の関係を確立しました。

歴史

Richard Towneley と Henry Power は、17 世紀に気体の圧力と体積の関係を説明しました。ロバート・ボイルは、彼のアシスタントであるロバート・フックが作った装置を使って実験的に結果を確認しました。装置は、閉じた J 字型の管から成っていた。ボイルは水銀をチューブに注ぎ、空気の量を減らし、圧力を上げました。彼はさまざまな量の水銀を使用し、気圧と体積の測定値を記録し、データをグラフ化しました。ボイルは 1662 年にその結果を発表しました。気体の法則は、フランスの物理学者エドメマリオットが 1670 年に独自に発見したため、ボイルマリオットの法則またはマリオットの法則と呼ばれることもあります。

日常生活におけるボイルの法則の例

日常生活におけるボイルの法則の例があります:

カーブ :曲がり角を避けてゆっくりと水面に浮上します。ダイバーが水面に浮上すると、水圧が低下し、血液や関節内のガスの量が増加します。上昇が速すぎると、これらのガスが気泡を形成し、血流が妨げられ、関節や歯にさえ損傷を与えます。
気泡 :同様に、気泡は水柱を上昇するときに膨張します。背の高いグラスをお持ちの場合は、圧力が低下するにつれて気泡の体積が拡大するのを見ることができます.バミューダトライアングルで船が姿を消す理由についての 1 つの理論は、ボイルの法則に関連しています。海底から放出されたガスは上昇して膨張し、表面に到達するまでに本質的に巨大な泡になります。小さなボートは泡に落ち、海に飲み込まれます。
深海魚 ：深海魚は水面に出すと死んでしまいます。外圧が低下すると、浮き袋内のガスの量が増加します。基本的に、魚は爆破または弾けます。
シリンジ :密封された注射器のプランジャーを押し下げると、内部の空気量が減少し、圧力が上昇します。同様に、少量の水の入った注射器を持っていて、プランジャーを引き戻すと、空気の量は増えますが、圧力は下がります.圧力降下は、注射器内の水を室温で沸騰させるのに十分です。
呼吸:横隔膜は肺の容積を拡張し、圧力低下を引き起こし、外気が肺に流入します (吸入)。横隔膜を弛緩させると、肺の容積が減少し、肺内のガス圧が上昇します。自然に息を吐き、圧力を均等にします。

ボイルの法則の例の問題

たとえば、バルーンの容積が 2.0 L、圧力が 2 気圧で、圧力が 1 気圧に低下した場合のバルーンの最終容積を計算します。温度が一定であると仮定します。

P₁ V₁ =P₂ V₂
(2 気圧)(2.0 L) =(1 気圧)V₂
V₂ =(2気圧)(2.0L)/(1気圧)
V₂ =4.0L

自分の仕事をチェックして、答えが理にかなっていることを確認することをお勧めします。この例では、バルーンの圧力が 2 分の 1 に減少しました (半分になりました)。ボリュームが倍増しました。これは、反比例関係から期待されることです。

ほとんどの場合、宿題やテストの問題には、数学ではなく推論が必要です。たとえば、体積が 10 倍になると、圧力はどうなりますか?体積を増やすと、同じ量だけ圧力が低下することがわかります。圧力は 10 分の 1 に減少します。

別のボイルの法則の例の問題を参照してください。

参考文献

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