Iiri keemik Robert Boyle, kes elas aastatel 1627–1691, oli esimene inimene, kes seostas kinnises ruumis asuva gaasi mahu mahuga. Ta leidis, et kui suurendate rõhku (P) kindla koguse gaasil püsival temperatuuril, siis maht (V) väheneb nii, et rõhu ja mahu korrutis jääb konstantseks. Rõhu langetamisel suureneb helitugevus. Matemaatilises mõttes:
PV = C
kus C on konstant. See suhe, mida nimetatakse Boyle'i seaduseks, on keemia üks alustalasid. Miks see juhtub? Tavaline vastus sellele küsimusele hõlmab gaasi kontseptualiseerimist vabalt liikuvate mikroskoopiliste osakeste kogumina.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Gaasi rõhk varieerub pöördvõrdeliselt mahu poolest, kuna gaasiosakestel on fikseeritud temperatuuril püsiv kineetiline energia.
Ideaalne gaas
Boyle'i seadus on ideaalse gaasiseaduse eelkäija, mis ütleb, et:
PV = nRT
kus n on gaasi mass, T on temperatuur ja R on gaasi konstant. Ideaalne gaasiseadus, nagu ka Boyle'i seadus, kehtib tehniliselt ainult ideaalse gaasi kohta, ehkki mõlemad suhted pakuvad tegelikele olukordadele head lähendust. Ideaalsel gaasil on kaks omadust, mida reaalses elus kunagi ei esine. Esimene on see, et gaasi osakesed on 100 protsenti elastsed ja kui nad üksteist või anuma seinu löövad, ei kaota nad energiat. Teine omadus on see, et ideaalsed gaasiosakesed ei hõivata ruumi. Need on sisuliselt matemaatilised punktid, millel pole pikendust. Päris aatomid ja molekulid on lõpmata väikesed, kuid nad hõivavad siiski ruumi.
Mis tekitab survet?
Saate aru, kuidas gaas mahuti seintele survet avaldab, ainult siis, kui te ei eelda, et neil pole ruumis pikendust. Päris gaasiosakesel pole mitte ainult mass, vaid sellel on liikumisenergia ehk kineetiline energia. Kui panete konteinerisse suure hulga selliseid osakesi, siis annavad nad neile energiat konteineri seinad tekitavad seintele survet ja see on Boyle'i seadus viitab. Eeldades, et osakesed on muidu ideaalsed, avaldavad nad ka edaspidi samaväärset survet seinu, kuni temperatuur ja osakeste koguarv püsivad konstantsena, ja te ei muuda konteiner. Teisisõnu, kui T, n ja V on konstantsed, siis ideaalne gaasiseadus ütleb meile, et P on konstantne.
Muuda helitugevust ja muudad survet
Oletame, et lasete anuma mahul kasvada. Osakestel on oma kaugemale minna teekond konteineri seinteni ja kannatavad enne nendeni jõudmist tõenäoliselt rohkem kokkupõrkeid teistega osakesed. Üldine tulemus on see, et konteineri seinu tabab vähem osakesi ja selle muutvatel kineetiline energia on väiksem. Ehkki konteineris oleks võimatu üksikuid osakesi jälgida, sest nende arv on suurusjärgus 1023, saame jälgida üldist efekti. Boyle'i ja tema järel tuhandete teadlaste fikseeritud efekt tähendab seda, et surve seintele väheneb.
Vastupidises olukorras tungivad osakesed kokku, kui vähendate helitugevust. Niikaua kui temperatuur püsib konstantsena, on neil sama kineetiline energia ja rohkem neid lööb seinu sagedamini, nii et rõhk tõuseb.