Ο νόμος του Boyle είναι ένας βασικός νόμος στη χημεία που περιγράφει τη συμπεριφορά ενός αερίου που διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία. Ο νόμος, που ανακαλύφθηκε από τον Robert Boyle το 1662, δηλώνει ότι σε μια σταθερή θερμοκρασία, ο όγκος του αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης που ασκεί το αέριο. Με άλλα λόγια, όταν ένα αέριο αντλείται σε έναν κλειστό χώρο, θα συρρικνωθεί για να χωρέσει σε αυτόν τον χώρο, αλλά η πίεση που ασκεί το αέριο στο δοχείο θα αυξηθεί. Ο νόμος του Μπόιλ μπορεί να γραφτεί μαθηματικά:
P x V = σταθερά
Σε αυτή την εξίσωση, P = πίεση και V = όγκος.
Το πείραμα του Μπόιλ
Για να αποδείξει το νόμο, ο Boyle άντλησε οξυγόνο (ένα αέριο) σε έναν γυάλινο σωλήνα σχήματος J που ήταν σφραγισμένος στο ένα άκρο. Χρησιμοποιώντας έναν καυστήρα για να διατηρήσει το οξυγόνο σε σταθερή θερμοκρασία, έριχνε στη συνέχεια διαφορετικές ποσότητες υδραργύρου στο σωλήνα, γεγονός που μετέβαλλε την πίεση στο οξυγόνο. Βρήκε ότι όσο περισσότερη πίεση άσκησε, τόσο μικρότερος ήταν ο όγκος του οξυγόνου και αυτή η μείωση συνέβαινε με σταθερό ρυθμό.
Ο νόμος του Boyle σχετίζεται συγκεκριμένα με ένα ιδανικό αέριο — δηλαδή, ένα θεωρητικό αέριο που αποτελείται από τυχαία σωματίδια που δεν αλληλεπιδρούν. Αν και κανένα πραγματικό αέριο δεν είναι ιδανικά αέρια, τα περισσότερα εμφανίζουν αυτά τα ιδανικά χαρακτηριστικά υπό κανονικές συνθήκες.
Παραδείγματα πραγματικού κόσμου
Ένα παράδειγμα του νόμου του Μπόιλ σε δράση μπορεί να δει κανείς σε ένα μπαλόνι. Πνέεται αέρας στο μπαλόνι. η πίεση αυτού του αέρα – ενός αερίου – πιέζει το καουτσούκ, κάνοντας το μπαλόνι να διαστέλλεται. Εάν το ένα άκρο του μπαλονιού συμπιέζεται, με αποτέλεσμα να γίνεται μικρότερος ο όγκος, η πίεση στο εσωτερικό αυξάνεται, με αποτέλεσμα το μη συμπιεσμένο μέρος του μπαλονιού να εκτείνεται. Υπάρχει ένα όριο στο πόσο μπορεί να συμπιεστεί το αέριο, ωστόσο, γιατί τελικά η πίεση γίνεται τόσο μεγάλη που προκαλεί το μπαλόνι (ή οποιοδήποτε δοχείο) να σπάσει.
Ένα διαφορετικό παράδειγμα είναι μια σύριγγα για τη λήψη αίματος. Μια άδεια σύριγγα έχει μια σταθερή ποσότητα αερίου (αέρα) μέσα της. Εάν το έμβολο τραβηχτεί προς τα πίσω χωρίς να έχει εισαχθεί το άκρο της βελόνας σε τίποτα, ο όγκος του σωλήνα θα αυξηθεί και η πίεση θα πέσει, προκαλώντας τη μετακίνηση περισσότερου αέρα μέσα στο σωλήνα για να εξισορροπηθεί η πίεση. Εάν η σύριγγα εισαχθεί σε μια φλέβα και το έμβολο τραβήξει προς τα πίσω, το αίμα θα ρέει μέσα στο σωλήνα, καθώς η πίεση στη φλέβα είναι υψηλότερη από την πίεση στη σύριγγα.
Ένας άλλος τρόπος περιγραφής του νόμου του Boyle είναι ότι όταν πιέζεται, ένα αέριο τείνει να σπρώχνει προς τα πίσω. Χωρίς την τεράστια ποσότητα βαρύτητας που τους συγκρατεί, οι αέριοι πλανήτες του ηλιακού συστήματος θα διαχέονταν γρήγορα προς όλες τις κατευθύνσεις, αποσυμπιέζοντας γρήγορα. Σε αυτή την περίπτωση, η πίεση της βαρύτητας ρυθμίζει τον όγκο των αερίων γύρω από αυτούς τους πλανήτες.
Ο νόμος του Charles και του Guy-Lussac
Το αντίστροφο του νόμου του Boyle είναι ο νόμος του Charles and Gay-Lussac, που πήρε το όνομά του από τους δύο Γάλλους επιστήμονες που τον ανακάλυψαν. Ο νόμος του Charles και του Gay-Lussac δείχνει ότι ο όγκος ενός αερίου αυξάνεται ή μειώνεται ανάλογα με τη θερμοκρασία. Γραπτός μαθηματικά, ο νόμος μοιάζει με αυτό:
V = σταθερά x T
Σε αυτή την εξίσωση, V = όγκος και T = θερμοκρασία. Ενώ ο νόμος του Boyle εστιάζει στη σταθερή θερμοκρασία και την μεταβαλλόμενη πίεση, ο νόμος του Charles και του Gay-Lussac εστιάζει στη μεταβολή της θερμοκρασίας.