Boyles lag är en grundläggande lag inom kemi som beskriver beteendet hos en gas som hålls vid en konstant temperatur. Lagen, som upptäcktes av Robert Boyle 1662, säger att vid en fast temperatur är gasvolymen omvänt proportionell mot det tryck som gasen utövar. Med andra ord, när en gas pumpas in i ett slutet utrymme, kommer den att krympa för att passa in i det utrymmet, men trycket som gasen lägger på behållaren kommer att öka. Boyles lag kan skrivas ut matematiskt:
P x V = konstant
I denna ekvation är P = tryck och V = volym.
Boyles experiment
För att bevisa lagen pumpade Boyle syre (en gas) in i ett J-format glasrör som var förseglat i ena änden. Med hjälp av en brännare för att hålla syret vid en konstant temperatur, hällde han sedan olika mängder kvicksilver i röret, vilket varierade trycket på syret. Han fann att ju mer tryck han applicerade, desto mindre volym av syret, och denna minskning skedde med en konstant hastighet.
Boyles lag relaterar specifikt till en idealgas – det vill säga en teoretisk gas som består av slumpmässiga partiklar som inte interagerar. Även om inga riktiga gaser är idealiska gaser, uppvisar de flesta dessa idealiska egenskaper under normala förhållanden.
Exempel från verkliga världen
Ett exempel på Boyles lag i aktion kan ses i en ballong. Luft blåses in i ballongen; trycket från den luften – en gas – trycker på gummit, vilket gör att ballongen expanderar. Om ballongens ena ände kläms ihop, vilket gör volymen mindre, ökar trycket inuti, vilket gör att den opressade delen av ballongen expanderar ut. Det finns dock en gräns för hur mycket gasen kan komprimeras, eftersom trycket så småningom blir så stort att det får ballongen (eller vilken behållare som helst) att gå sönder.
Ett annat exempel är en spruta för att ta blod. En tom spruta har en fast mängd gas (luft) i sig; om kolven dras tillbaka utan att nåländen sticks in i något, kommer rörets volym att öka och trycket kommer att sjunka, vilket gör att mer luft flyttas in i röret för att utjämna trycket. Om sprutan förs in i en ven och kolven dras tillbaka, kommer blod att flöda in i röret eftersom trycket i venen är högre än trycket i sprutan.
Ett annat sätt att beskriva Boyles lag är att när den trycks, tenderar en gas att trycka tillbaka. Utan den enorma mängden gravitation som håller dem samman, skulle solsystemets gasplaneter snabbt diffundera i alla riktningar och snabbt minska trycket. I detta fall reglerar gravitationstrycket volymen av gaserna runt dessa planeter.
Charles och Guy-Lussacs lag
Motsatsen till Boyles lag är Charles och Gay-Lussacs lag, uppkallad efter de två franska forskare som upptäckte den. Charles och Gay-Lussacs lag visar att volymen av en gas ökar eller minskar beroende på temperaturen. Utskrivet matematiskt ser lagen ut så här:
V = konstant x T
I denna ekvation är V = volym och T = temperatur. Medan Boyles lag fokuserar på konstant temperatur och växlande tryck, fokuserar Charles och Gay-Lussacs lag på att ändra temperatur.