보일의 법칙

이번에는 보일의 법칙에 대하여 알아보고자 합니다.

1. 보일 법칙의 역사

보일 법칙이란 로보트 보일(Robert Boyle)이 밝힌 '이상 기체의 부피-압력 간의 상관관계'를 제시한 법칙입니다.

즉, 절대온도와 기체의 양이 일정할 때, 부피와 압력은 반비례한다는 공식을 말합니다.

실제로 기체의 부피와 압력의 상관 관계  실험을 먼저 시도한 사람들이 있습니다.

그 사람들은 영국의 수학자이자 천문학자였던 리처드 타운리(Richard Towneley)와 영국의 내과의사이자 실험가였던 헨리 파워(Henry Power) 입니다.

하지만, 그 뒤로 보일이 증명을 했기 때문에 '보일의 법칙'이 된 것입니다.

보일은 리처드 타운리와 헨리 파워가 발견한 것을 실험을 통해 확인하였고, 그 결과를 논문으로 출간한 것입니다.

보일은 공기를 대상으로 실험을 행하였는데, 그 당시까지도 공기는 사원소(four elements, 공기,물,불,흙) 중의 하나라고 여겨졌습니다.

보일은 이러한 관습을 받아들이지 않고 공기가 미세한 입자들로 이루어진 유체이며, 입자들은 미세하고 보이지 않는 스프링으로 연결되어 있다고 여겼습니다.

보일이 공기의 성질에 관심을 가지게 된 이유는 공기가 생명현상에 필수 요소로 작용하는 이유를 찾기 위해서였을 것으로 짐작됩니다.

일례로 보일은 공기가 없는 상태에서 식물의 발육에 대한 논문을 발표하기도 하였는데요.

이 실험을 위해 공기를 뽑아내는 과정 중에 공기의 부피와 압력 사이의 관계에 대한 관찰을 수행하였습니다.

단, 프랑스에서는 보일과 비슷한 실험을 해서 법칙을 밝혀낸 에듬 마리오트(Edme Mariotte)의 이름을 따서 '마리오트의 법칙'이라고 부릅니다.

2. 보일의 법칙 공식

보일의 법칙은 다음과 같은 식으로 표현할 수 있습니다.

여기서

 P는 기체의 압력, V는 기체의 부피, k는 상수입니다.

보일법칙 공식

보일은 한쪽 끝이 막혀 있고 공기가 수은에 의해 갇혀 있는 J-관에서 두 수은면의 차이가 0이면 공기의 압력은 대기압과 정확히 균형을 이루므로 압력 P가 1기압이 되며, 온도를 일정하게 유지시키면서 열린 관의 끝으로 수은을 더 가하면 열려진 쪽의 수은 높이가 막힌 쪽보다 높아지는데 올라간 수은 기둥의 높이 1mm마다 밀폐된 공기의 압력은 1mm Hg만큼씩 증가함을 보였습니다.