Das Gesetz von Boyle (manchmal gekennzeichnet als das Gesetz von Boyle-Mariotte) ist eines von vielen Gasgesetzen und ein spezieller Fall des idealen Gasgesetzes. Das Gesetz von Boyle beschreibt die umgekehrt proportionale Beziehung zwischen dem absoluten Druck und Volumen eines Benzins, wenn die Temperatur unveränderlich innerhalb eines geschlossenen Systems behalten wird. Das Gesetz wurde nach dem Chemiker und Physiker Robert Boyle genannt, der das ursprüngliche Gesetz 1662 veröffentlicht hat. Das Gesetz selbst kann wie folgt festgesetzt werden:

Geschichte

Diese Beziehung zwischen Druck und Volumen wurde zuerst von zwei Amateurwissenschaftlern, Richard Towneley und Henry Power bemerkt. Boyle hat ihre Entdeckung durch Experimente bestätigt und hat die Ergebnisse veröffentlicht. Gemäß Robert Gunther und anderen Behörden war es der Helfer von Boyle, Robert Hooke, der den experimentellen Apparat gebaut hat. Das Gesetz von Boyle basiert auf Experimenten mit Luft, die er gedacht hat, um eine Flüssigkeit von Partikeln ruhig zwischen kleinen unsichtbaren Frühlingen zu sein. Damals wurde Luft noch als eines der vier Elemente gesehen, aber Boyle hat nicht übereingestimmt. Das Interesse von Boyle war wahrscheinlich, Luft als ein wesentliches Element des Lebens zu verstehen; er hat z.B das Wachstum von Werken ohne Luft veröffentlicht. Der französische Physiker Edme Mariotte (1620-1684) hat dasselbe Gesetz unabhängig von Boyle 1676 entdeckt, aber Boyle hatte es bereits 1662 veröffentlicht. So kann dieses Gesetz unpassend Mariotte oder das Gesetz von Boyle-Mariotte genannt werden. Später, 1687 in Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, hat Newton mathematisch dass gezeigt, wenn eine elastische Flüssigkeit, die aus Partikeln ruhig besteht, zwischen denen abstoßende Kräfte sind, die umgekehrt zu ihrer Entfernung, die Dichte proportional sind, zum Druck direkt proportional sein würde, aber diese mathematische Abhandlung ist nicht die physische Erklärung für die beobachtete Beziehung. Statt einer statischen Theorie ist eine kinetische Theorie erforderlich, der zwei Jahrhunderte später von Maxwell und Boltzmann zur Verfügung gestellt wurde.

Definition

Beziehung zur kinetischen Theorie und dem idealen Benzin

Das Gesetz von Boyle stellt fest, dass bei der unveränderlichen Temperatur für eine feste Masse der absolute Druck und das Volumen eines Benzins umgekehrt proportional sind. Das Gesetz kann auch auf eine ein bisschen verschiedene Weise festgesetzt werden, dass das Produkt des absoluten Drucks und Volumens immer unveränderlich ist.

Der grösste Teil von Benzin benimmt sich wie ideales Benzin am gemäßigten Druck und den Temperaturen. Die Technologie des 17. Jahrhunderts konnte Hochdruck oder niedrige Temperaturen nicht erzeugen. Folglich konnte das Gesetz wahrscheinlich nicht Abweichungen zur Zeit der Veröffentlichung haben. Da Verbesserungen in der Technologie höheren Druck und niedrigere Temperaturen erlaubt haben, sind Abweichungen vom idealen Gasverhalten bemerkenswert, und die Beziehung zwischen dem Druck geworden, und Volumen kann nur genau beschrieben werden, echte Gastheorie verwendend. Die Abweichung wird als der Verdichtbarkeitsfaktor ausgedrückt.

Robert Boyle (und Edme Mariotte) hat das Gesetz allein über den experimentellen Boden abgeleitet. Das Gesetz kann auch theoretisch gestützt auf der gewagten Existenz von Atomen und Molekülen und Annahmen über die Bewegung und vollkommen elastischen Kollisionen abgeleitet werden (sieh kinetische Theorie von Benzin). Diese Annahmen wurden mit dem enormen Widerstand in der positivist wissenschaftlichen Gemeinschaft zurzeit jedoch entsprochen, weil sie als rein theoretische Konstruktionen gesehen wurden, für die es nicht die geringsten Beobachtungsbeweise gab.

Daniel Bernoulli im Gesetzverwenden von 1737-1738 abgeleitetem Boyle von Newtonschen Gesetzen der Bewegung mit der Anwendung auf einem molekularen Niveau. Es ist ignoriert ungefähr bis 1845 geblieben, als John Waterston eine Zeitung veröffentlicht hat, die die Hauptmoralprinzipien der kinetischen Theorie baut; das wurde von der Königlichen Gesellschaft Englands zurückgewiesen. Spätere Arbeiten von James Prescott Joule, Rudolf Clausius und in besonderem Ludwig Boltzmann haben fest die kinetische Theorie von Benzin gegründet und haben Aufmerksamkeit sowohl auf die Theorien von Bernoulli als auch auf Waterston gelenkt.

Die Debatte zwischen Befürwortern von Energetics und Atomism hat Boltzmann dazu gebracht, ein Buch 1898 zu schreiben, das Kritik bis zu seinem Selbstmord 1906 erlitten hat. Albert Einstein 1905 hat gezeigt, wie kinetische Theorie für die Brownsche Bewegung einer Flüssigkeitsaufgehobenen Partikel gilt, die 1908 von Jean Perrin bestätigt wurde.

Gleichung

Die mathematische Gleichung für das Gesetz von Boyle ist:

:p zeigt den Druck des Systems an.

:V zeigt das Volumen des Benzins an.

:k ist ein unveränderlicher Wertvertreter des Drucks und Volumen des Systems.

So lange Temperatur unveränderlich bleibt, dauert derselbe Betrag der dem System gegebenen Energie während seiner Operation und deshalb theoretisch an, der Wert von k wird unveränderlich bleiben. Jedoch, wegen der Abstammung des Drucks als Senkrechte angewandte Kraft und die probabilistic Wahrscheinlichkeit von Kollisionen mit anderen Partikeln durch die Kollisionstheorie, kann die Anwendung der Kraft zu einer Oberfläche nicht für solche Werte von k ungeheuer unveränderlich sein, aber wird eine Grenze haben, wenn sie solche Werte im Laufe einer gegebenen Zeit unterscheidet.

den Band V der festen Menge von Benzin zwingt zuzunehmen, das Benzin bei der am Anfang gemessenen Temperatur behaltend, muss der Druck p proportional abnehmen. Umgekehrt vergrößert das Reduzieren des Volumens des Benzins den Druck.

Das Gesetz von Boyle wird verwendet, um das Ergebnis vorauszusagen, eine Änderung, im Volumen und Druck nur zum anfänglichen Staat einer festen Menge von Benzin einzuführen. Vorher und nachdem sind Volumina und Druck des festen Betrags von Benzin, wo vorher und nachdem Temperaturen dasselbe sind (werden Heizung oder das Abkühlen erforderlich sein, diese Bedingung zu entsprechen), durch die Gleichung verbunden:

Das Gesetz von Boyle, das Gesetz von Charles und Homosexuelles-Lussac's Gesetz bilden das vereinigte Gasgesetz. Die drei Gasgesetze in der Kombination mit dem Gesetz von Avogadro können durch das ideale Gasgesetz verallgemeinert werden.