Law):在定量定温下,
理想气体的体积与气体的压力成反比。是由英国化学家波义耳(Boyle),在1662年根据实验结果提出:“在密闭容器中的定量气体,在恒温下,气体的压力和体积成反比关系。”称之为波义耳定律。这是人类历史上第一个被发现的“定律”。
公式:V=k/P
V 是指气体的体积
P 指压力
k 为一常数
这个公式又可以继续推导,理想气体的体积与圧力的乘积成为一定的常数,即:
PV=k
如果在温度相同的状态下,A、B两种状态下的气体关系式可表示成:
PAVA=PBVB
习惯上,这个公式会写成:
p2=p1V1/V2 波义耳定律的伟大意义 波义耳创建的理论——波义耳定律,是第一个描述气体运动的数量公式,为气体的量化研究和化学分析奠定了基础。该定律是学习化学的基础,学生在学习化学之初都要学习它。
波义耳具有实验天赋,还证实了气体像固体一样是由原子构成的。但是,在气体中,原子距离较远,互不连接,所以它们能够被挤压得更密集些。早在公元前440年,
德谟克里特就提出原子的存在,在随后的两千年里人们一直争论这个问题。通过实验,波义耳是科学界相信原子确实是存在的。 波义耳定律的发现历程 波义耳生于伯爵之家,是英国
科学协会的会员。在1662年科学协会的会议上,
罗伯特·胡克(Robert Hooke)宣读了一篇论文,论文描述法国关于“空气弹性”的实验。17世纪,科学家对空气特征产生了浓厚兴趣。
法国科学家制造了一个
黄铜气缸,中间装有活塞,安装得很紧。几个人用力按下活塞,压缩缸里的空气。然后,他们松开活塞,活塞弹回来,但是没有全部弹回来。不论他们隔多长时间做一次实验,活塞总是不能全部弹回来。
通过这项实验,法国科学家声称空气根本不存在弹性,经过压缩,空气会保持轻微的压缩状态。
波义耳宣称法国科学家的实验不能说明任何问题。他指出,活塞之所以不能全部弹回来,是因为他们使用的活塞太紧。有人反驳道,如果活塞稍松,四周就会漏气,影响实验。
罗伯特·波义耳许诺要制造一个松紧适中的绝好活塞,证明上述实验是错误的。
两周后,罗伯特·波义耳手持“U”形大玻璃管站在众会员面前。这个“U”形玻璃管是不匀称的,一支又细又长,高出3英尺多,另一支又短又粗,短的这支顶端密封,长的那只顶端开口。
波义耳把
水银倒进玻璃管中,水银盖住了“U”形玻璃管的底部,两边稍有上升。在封闭的短管中,水银堵住一小股空气。波义耳解释,活塞就是任何压缩空气的装置,水银也可以看作“活塞”。向法国实验所期望的那样,波义耳的做法不会因为摩擦而影响实验结果。
波义耳记录下水银重量,在水银和空气交界处刻了一条线。他向长玻璃管中滴水银,一直把它滴满。这时,水银在短玻璃管中上升到一半的高度。在水银的挤压下,堵住空气的体积变成不到原来的一半。
在短玻璃管上,波义耳刻下了第二条线,标示出里面水银的新高度和堵住空气的压缩体积。
然后,通过“U”形玻璃管底部的阀门,他把水银排出,直到玻璃活塞和水银的重量与实验开始时的重量完全相等。水银柱又回到它实验开始的高度,堵住的空气又回到它当初的位置。空气果真有弹性,法国科学家的实验是错误的,波义耳是正确的。
罗伯特·波义耳用玻璃活塞继续实验,发现了很多值得注意的事情。当他向堵住的空气施加双倍的压力时,空气的体积就会减半;施加3倍的压力时,体积就会变成原来的1/3。当受到挤压时,空气体积的变化与压强的变化总是成比例。他创建了一个简单的数学等式来表示这一比例关系,现在我们称之为“波义耳定律”。就认识大气、利用大气为人类服务而言,这一定律是极为重要的。