気体の体積と圧力の関係は、アイルランドの科学者ロバート・ボイルにちなんでボイルの法則と名付けられました。彼は 1962 年に、気体の体積と圧力の間の定量的な関係を初めて研究しました。ロバート ボイルは、著名な自然哲学者、化学者、物理学者、発明家でもありました。
ボイルの法則の意味
この法則は、連続する温度での一定量のガスの程度は、その圧力に逆比例すると述べています。ガス粒子は自然界でゆるく詰まっているため、周囲を自由に動き回ることができます。コンテナにガスが充填されている場合、ガス分子は移動中にコンテナの境界にぶつかる傾向があります。
コンテナの容積が減少すると、ガス粒子がコンテナの境界に接触する回数が増えるため、圧力が上昇します。同様に、容器の容積が大きくなると、気体の圧力が低下します。 Robert Boyle は、容器内の気体に圧縮力がかかると、気体がバネのように振る舞い、圧縮力に抵抗することを発見しました.
一定温度 T での一定量の気体の体積を V、圧力を P とすると、ボイルの法則によると、
ここで、k は定数で、その値はガスの体積 V とその温度 P によって決まります。
ボイルの法則によると、特定の温度での特定の量のガスの体積と圧力の積は、前の式に基づいて一定です。
T を温度、P2 を特定量のガスの圧力とします。ここで、温度 T での気体の圧力が V2 に増加すると、ボイルの法則に従って体積 V2 になり、気体の体積は V2 になります。
P1 V1 =P2V2
質量と温度が一定の場合、それらは一定です。
P1=ガスによる初期圧力
P2=ガスによる最終圧力
V1=ガスが占める初期体積
V2=ガスが占める最終体積
ボイルの法則の例
呼吸:私たちの肺は、呼吸中にボイルの法則を使用します。息を吸うと、肺は空気で満たされるため膨張します。ボリュームが増加すると、圧力レベルが低下します。同様に、空気が収縮すると、肺が収縮し、容積が減少し、圧力が上昇します。圧力と体積の変化は瞬間的かつ周期的です。
ソーダボトル:ボイルの法則の最も良い例の 1 つは、二酸化炭素と水の混合物で満たされたソーダボトルです。密封された飲料缶や容器を絞るのは難しい。これは、容器内の空気分子がぎっしり詰まっていて、動く余地がほとんどないためです。缶やボトルを開けると、一部の空気分子が容器から出て、より多くの空気分子が移動してボトルを絞る余地ができます.容積の関数としての圧力の変化は、この例で明確に見ることができます.
スキューバ ダイビング:水中に潜るときは、病気やけがを避けるために、体積と圧力の比率のバランスを保つことが重要です。水深に入ったり、水深に近づいたりすると、大きな圧力を感じます。人間の血液中のガスの溶解度は、高圧で増加します。それが上昇または上昇するにつれて、血液中の圧力が低下し始め、血液中のガスが膨張し始めます.その結果、ダイバーは損傷を避けるためにゆっくりと上昇する必要があります。ボイルの法則は、圧力と体積の関係に基づいています。
ボイルの法則の図解
一定量の燃料ラインの安定した温度での P 対 1/V のプロットの開始点を通る直線は、ボイルの法則の図解かもしれません。
直角双曲線は、ガスの特定の質量に対する一定温度での P 対 V のプロットです。
PV 軸に平行な直線を使用して、ガスの特定の質量に対する一定温度での P (または V) 対 PV をプロットします。
結論
ボイルの法則は、気体がどのように振る舞うかを説明するため、非常に重要です。燃料ラインの歪みと量が反比例することは疑いの余地がありません。燃料ラインを押すと、量が減り、ひずみが大きくなります。
