قانون بويل

يتم شرح قانون بويل و خطوات تجربته و الصيغة الرياضية للعلاقة بين الضغط والحجم و أيضا تطبيقات على القانون. يعد القانون من أهم قوانين الغازات المثالية و التي تتضمن أيضا قانون شارل و قانون جاي لوساك و قانون دالتون و قانون أفوجادرو. يحدد قانون بويل العلاقة ما بين الضغط P وحجم كمية معينة من الغاز V عند درجة حرارة ثابتة.

العلاقة بين الضغط والحجم هي علاقة بديهية و هي أنه بزيادة الضغط يقل الحجم. و هي علاقة عكسية. فالضغط على البالونة ما هي إلا محاولة لتقليل حجمها. و عندما نقول أن الشىء قد ضُغِطَ أي قل حجمه.

نص قانون بويل

 ينصّ على عند ثبوت درجة حرارة الغاز يتناسب ضغط كمية معينة من الغاز تتناسب عكسياً مع حجمه. و تكون  الصيغة الرياضية لقانون بويل

أو

• شرط قانون بويل هو أن تكون درجة الحرارة ثابتة.
• الصيغة تربط بين حجم الغاز و ضغطه في حالتين مختلفتين (1,2).
• يمكن استخدام أي وحدة من وحدات الحجم أو الضغط على أن تكون وحدة البسط هي نفسها وحدة المقام.
• القانون يخص الغازات المثالية أو الغازات الحقيقية في الظروف المثالية.
• صيغ اخرى للقانون حيث الربط مع كثافة الغاز . ولأن التناسب بين الضغط و الحجم عكسي و كذلك الكثافة و الحجم عكسي فإن التناسب بين الضغط و الكثافة يكون طردي.

مثال: فإذا كانت حجم كمية معينة من الغاز عند درجة حرارة ثابتة  V₁ و ضغطها مقداره P₁. و تم ضغط الغاز أي التأثير على بضغط ضعف ضغطة مثلا P₂=2P₁ يحدث انكماش للحجم حينها و يصبح نصف الحجم السابق  V₂=0.5V₁.

العالم بويل

 العالِم الفيزيائي روبرت بويل هو الذي صاغ العلاقة بين الحجم و الضغط للغازات عند ثبوت درجة الحرارة و الذي سمي على اسمه. و أمكن الوصول إليه من خلال تجربته

خطوات تجربة قانون بويل

خطوات التجربة يوضحها الشكل. حيث يتم قياس الضغط و الحجم للغاز المحبوس الموجود أعلى الطرف الثابت ثلاثة مرات. بعد القياس يمكن رسم العلاقة بين الضغط و الحجم و التي ستكون علاقة عكسية.

تطبيقات على قانون بويل

• فقاعات الهواء يزداد حجم فقاعات الهواء مع صعودها لأعلى في الماء بسبب انتقالها من ضغط مرتفع (أعماق الماء) إلى ضغط منخفض (سطح الماء).
• قبل أن تستخدم علبة الطلاء في الرش من المفترض أن تهزها لفترة. توجد مادتان داخل العلبة: أحدهما الطلاء  والآخر عبارة عن غاز يمكن ضغطه و يكون في صورته سائلة. هذا الغاز المسال له نقطة غليان أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة. لأن العلبة مغلقة (الضغط بداخلها كبير و حجم الغاز المسال صغير) فلا يغلى الغاز المسال متحولا لصورته الغازية. و لكن عند الضغط على الفوهة يتحول الغاز  و يتمدد (لأن الضغط عليه يقل و يزداد حجمه) ويندفع للخارج و معه رزاد من الطلاء.
• عندما تقوم بسحب مكبس الحقنة لأعلى عندما يراد ملأها بالدواء. فإن السحب يتسبب في زيادة الحجم داخل الحقنة. مما يؤدي بعد ذلك إلى حدوث فراغ. فإن الفراغ الموجود داخل الحقنة يمتص السائل من خلال الإبرة.
• من أجل تخزين الغاز في حاوية صغيرة (أسطوانة البوتاجاز)، تكون الغازات شديدة الانضغاط ، مما يؤدي إلى تقليل حجم الغاز.