La relazione tra pressione e volume: Legge di Boyle
Allaumentare della pressione su un gas, il volume del gas diminuisce perché le particelle di gas sono costrette ad avvicinarsi. Al contrario, al diminuire della pressione su un gas, il volume del le particelle di gas possono ora spostarsi più lontano. I palloni meteorologici diventano più grandi mentre salgono attraverso latmosfera verso regioni di pressione inferiore perché il volume del gas è aumentato; cioè, il gas atmosferico esercita una pressione minore sulla superficie del pallone, quindi il il gas interno si espande finché la pressione interna ed esterna non sono uguali.
Il chimico irlandese Robert Boyle (1627–1691) condusse alcuni dei primi esperimenti che determinarono la relazione quantitativa tra la pressione e il volume di un gas. Boyle ha utilizzato un tubo a forma di J parzialmente riempito di mercurio, come mostrato nella Figura \ (\ PageIndex {1} \). In questi esperimenti, una piccola quantità di un gas o aria viene intrappolata sopra la colonna di mercurio e il suo volume viene misurato a pressione atmosferica e temperatura costante. Più mercurio viene quindi versato nel braccio aperto per aumentare la pressione sul campione di gas. La pressione sul gas è la pressione atmosferica più la differenza nelle altezze delle colonne di mercurio e viene misurato il volume risultante. Questo processo viene ripetuto fino a quando non cè più spazio nel braccio aperto o il volume del gas è troppo piccolo per essere misurato con precisione. Dati come quelli di uno degli esperimenti di Boyle possono essere tracciati in diversi modi (Figura \ (\ PageIndex {2} \)). Un semplice grafico di \ (V \) contro \ (P \) fornisce una curva chiamata iperbole e rivela una relazione inversa tra pressione e volume: quando la pressione è raddoppiata, il volume diminuisce di un fattore due. Questa relazione tra le due quantità è descritta come segue:
\
Dividendo entrambi i lati per \ (P \) si ottiene unequazione che illustra la relazione inversa tra \ (P \) e \ (V \):
\
o
\
dove si legge il simbolo ∝ “è proporzionale a”. Un grafico di V contro 1 / P è quindi una linea retta la cui pendenza è uguale alla costante nelle equazioni \ (\ ref {10.3.1} \) e \ (\ ref {10.3.3} \). Dividendo entrambi i lati di Lequazione \ (\ ref {10.3.1} \) di V invece di P fornisce una relazione simile tra P e 1 / V. Il valore numerico della costante dipende dalla quantità di gas usata nellesperimento e dalla temperatura alla quale Gli esperimenti vengono eseguiti. Questa relazione tra pressione e volume è nota come legge di Boyle, dal nome del suo scopritore, e può essere definita come segue: A temperatura costante, il volume di una quantità fissa di un gas è inversamente proporzionale alla sua pressione. la legge in pratica è mostrata nella Figura \ (\ PageIndex {2} \).
A temperatura costante, il volume di una quantità fissa di gas è inversamente proporzionale alla sua pressione