Boylen laki

Animaatiossa osoitetaan paineen ja tilavuuden välinen riippuvuus, kun määrä ja lämpötila pysyvät vakiona.

Robert Boylen alkuperäinen havaintoaineisto ja Boylen laki.

Boylen laki on erikoistapaus yleisestä ideaalikaasujen tilanyhtälön laista. Boylen lain todisti ja julkaisi vuonna 1662 irlantilainen kemisti ja fyysikko Robert Boyle. Laki tunnetaan Ranskassa ja Saksassa myös nimellä Boylen–Mariotten laki ranskalaisen fyysikon Edme Mariotten mukaan. Mariotte keksi lain itsenäisesti parikymmentä vuotta Boylen jälkeen.

Boylen lain mukaan vakiolämpötilassa kaasun paineen (p) ja tilavuuden (V) tulo on vakio:

${p}{V}={\textrm {vakio}}$.

Vakio on sama eri paineissa, joten isotermisissä prosesseissa alkutilan (1) ja lopputilan (2) paine ja tilavuus toteuttavat yhtälön

$p_{1}V_{1}=p_{2}V_{2}$.

Tästä seuraa että paineen muutos vaikuttaa käänteisesti kaasun tilavuuteen.

Paineen ja tilavuuden tulolla on energian yksikkö, joule. Kaasun laajetessaan tekemä työ on

$W=p\Delta V$,

missä ΔV on kaasun tilavuuden muutos.

Esimerkki

Olkoon tutkittava ideaalikaasu aluksi astiassa, jonka tilavuus on $\scriptstyle V_{1}=10l$ ja kaasun paine $\scriptstyle p_{1}=100bar$. Kun siirretään kyseinen kaasumäärä 5 litran astiaan ($\scriptstyle V_{2}=5l$) ja kaasun lämpötila pysyy samana, voidaan kaasun paine $\scriptstyle p_{2}$ ratkaista yhtälöllä:

${\begin{aligned}p_{1}V_{1}&=p_{2}V_{2}\\\rightarrow p_{2}&={\frac {p_{1}V_{1}}{V_{2}}}\\&={\frac {100{\textrm {bar}}\cdot 10{\textrm {l}}}{5{\textrm {l}}}}\\&=200{\textrm {bar}}.\end{aligned}}$

Katso myös

• Ideaalikaasu
• Charlesin laki
• Avogadron laki
• Gay-Lussacin laki

Lähteet

• Journal of Applied Physiology, West, John B.: Robert Boyle’s landmark book of 1660 with the first experiments on rarified air

Aiheesta muualla

• Appletti Boylen lain koejärjestelystä: Boyles Law