Robert Boyle, een Ierse chemicus die van 1627 tot 1691 leefde, was de eerste persoon die het volume van een gas in een besloten ruimte in verband bracht met het volume dat het inneemt. Hij ontdekte dat als je de druk (P) op een vaste hoeveelheid gas bij een constante temperatuur verhoogt, het volume (V) zodanig afneemt dat het product van druk en volume constant blijft. Als u de druk verlaagt, neemt het volume toe. In wiskundige termen: PV \u003d 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 houdt in dat een gas wordt opgevat als een verzameling vrij bewegende microscopische deeltjes.

TL; DR (te lang; 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 ideaal gas

De wet van Boyle is een van de voorlopers van de ideale gaswet, die stelt dat PV \u003d nRT , waarbij n de massa van het gas is, is T de temperatuur en is R de gasconstante. De ideale gaswet, zoals de wet van Boyle, is technisch alleen waar voor een ideaal gas, hoewel beide relaties goede benaderingen bieden voor reële situaties. Een ideaal gas heeft twee kenmerken die in het echte leven nooit voorkomen. De eerste is dat de gasdeeltjes 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 veroorzaakt druk?

U kunt begrijpen hoe een gas alleen druk uitoefent op de wanden van een container als u de veronderstelling dat ze geen uitbreiding in de ruimte hebben. Een echt gasdeeltje heeft niet alleen massa, het heeft bewegingsenergie of kinetische energie. Wanneer je een groot aantal van dergelijke deeltjes in een container samenvoegt, creëert de energie die ze aan de wanden van de container geven druk op de muren, en dit is de druk waarnaar Boyle's Law verwijst. Ervan uitgaande dat de deeltjes anders ideaal zijn, zullen ze dezelfde hoeveelheid druk op de wanden blijven uitoefenen zolang de temperatuur en het totale aantal deeltjes constant blijven en u de container niet wijzigt. Met andere woorden, als T, n en V constant zijn, vertelt de ideale gaswet (PV \u003d nRT) ons dat P constant is.
Verander het volume en u verandert de druk

Stel nu dat u de volume van de container om toe te nemen De deeltjes moeten verder gaan op hun reis naar de containerwanden, en voordat ze worden bereikt, zullen ze waarschijnlijk meer botsingen met andere deeltjes ondergaan. Het algehele resultaat is dat minder deeltjes de containerwanden raken en dat waardoor deze minder kinetische energie hebben. Hoewel het onmogelijk zou zijn om individuele deeltjes in een container te volgen, omdat ze in de orde van 10 ^{23 liggen, kunnen we het totale effect waarnemen. Dat effect, zoals genoteerd door Boyle en duizenden onderzoekers na hem, is dat de druk op de wanden naar beneden gaat.}

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