Robert Boyle, een Ierse chemicus die leefde van 1627 tot 1691, was de eerste persoon die het volume van een gas in een beperkte ruimte relateerde aan het volume dat het inneemt. Hij ontdekte dat als je de druk (P) op een vaste hoeveelheid gas verhoogt bij een constante temperatuur, het volume (V) daalt op een zodanige manier dat het product van druk en volume constant blijft. Als u de druk verlaagt, neemt het volume toe. In wiskundige termen: PV = C, waarbij C een constante is. Deze relatie, bekend als de wet van Boyle, is een van de hoekstenen van de chemie. Waarom gebeurt dit? Het gebruikelijke antwoord op die vraag bestaat uit het conceptualiseren van een gas als een verzameling vrij bewegende microscopische deeltjes.

TL; DR (te lang; heeft niet gelezen)

De druk van een gas varieert. omgekeerd met volume omdat de gasdeeltjes een constante hoeveelheid kinetische energie hebben bij een vaste temperatuur.

Een ideale gasvoorziening

De wet van Boyle is een van de voorlopers van de ideale gaswet, waarin staat dat PV = nRT, waarbij n de massa van het gas is, T de temperatuur is en R de gasconstante is. De ideale gaswet, zoals de wet van Boyle, is technisch gezien alleen waar voor een ideaal gas, hoewel beide relaties goede benaderingen bieden voor echte situaties. Een ideaal gas heeft twee kenmerken die nooit in het echte leven voorkomen. De eerste is dat de gasdeeltjes voor 100 procent elastisch zijn, en wanneer ze elkaar of de wanden van de container raken, verliezen ze geen energie. Het tweede kenmerk is dat ideale gasdeeltjes geen ruimte innemen. Het zijn in wezen wiskundige punten zonder extensie. Echte atomen en moleculen zijn oneindig klein, maar ze nemen wel ruimte in beslag.

Wat creëert druk?

Je kunt begrijpen hoe een gas alleen op de wanden van een container drukt als je dat niet doet ik ga ervan uit dat ze geen ruimte in de ruimte hebben. Een echt gasdeeltje heeft niet alleen massa, het heeft energie van beweging, of kinetische energie. Wanneer je een groot aantal van dergelijke deeltjes in een container samenvoegt, veroorzaakt de energie die ze aan de wanden van de container geven druk op de wanden, en dit is de druk waarnaar de wet van Boyle verwijst. Ervan uitgaande dat de deeltjes anderszins ideaal zijn, zullen ze dezelfde hoeveelheid druk op de wanden blijven uitoefenen zolang de temperatuur en het totale aantal deeltjes constant blijven, en je de container niet wijzigt. Met andere woorden, als T, n en V constant zijn, vertelt de ideale gaswet (PV = nRT) ons dat P constant is.

Wijzig het volume en u wijzigt de druk -

Stel nu dat je staat toe dat het volume van de container toeneemt. De deeltjes moeten verder gaan op hun reis naar de containermuren, en voordat ze worden bereikt, zullen ze waarschijnlijk meer botsingen met andere deeltjes ondergaan. Het algehele resultaat is dat er minder deeltjes op de wanden van de container komen en dat die deeltjes minder kinetische energie hebben. Hoewel het onmogelijk zou zijn om individuele deeltjes in een container te volgen, omdat ze een getal hebben in de orde van 10 <23>, kunnen we het algehele effect waarnemen. Dat effect, zoals door Boyle en duizenden onderzoekers na hem is vastgelegd, is dat de druk op de muren afneemt.

In de omgekeerde situatie raken deeltjes samen overvol wanneer u het volume verlaagt. Zolang de temperatuur constant blijft, hebben ze dezelfde kinetische energie en raken meer van hen vaker de muren, dus de druk stijgt.