Robert Boyle, irski kemičar koji je živio od 1627. do 1691. godine, bio je prva osoba koja je povezala količinu plina u ograničenom prostoru s količinom koju zauzima. Otkrio je da ako povećavate tlak (P) na fiksnoj količini plina pri konstantnoj temperaturi, volumen (V) se smanjuje na takav način da umnožak tlaka i volumena ostaju konstantni. Ako smanjite tlak, volumen se povećava. U matematičkom smislu:
PV = C
gdje je C konstanta. Ova veza, poznata kao Boyleov zakon, jedan je od temelja kemije. Zašto se to događa? Uobičajeni odgovor na to pitanje uključuje konceptualizaciju plina kao kolekcije mikroskopskih čestica koje se slobodno kreću.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Tlak plina varira obrnuto od volumena jer čestice plina imaju konstantnu količinu kinetičke energije pri fiksnoj temperaturi.
Idealan plin
Boyleov zakon jedan je od prethodnika zakona o idealnom plinu, koji kaže da:
PV = nRT
gdje je n masa plina, T temperatura, a R plinska konstanta. Zakon o idealnom plinu, poput Boyleova zakona, tehnički vrijedi samo za idealan plin, iako oba odnosa pružaju dobre aproksimacije stvarnim situacijama. Idealan plin ima dvije karakteristike koje se nikada ne javljaju u stvarnom životu. Prva je ta da su čestice plina 100 posto elastične i kad udare jedna o drugu ili o zidove spremnika, ne gube energiju. Druga karakteristika je da idealne čestice plina ne zauzimaju prostor. To su u osnovi matematičke točke bez nastavka. Stvarni atomi i molekule su beskrajno mali, ali zauzimaju prostor.
Što stvara pritisak?
Možete razumjeti kako plin vrši pritisak na stijenke posude samo ako ne pretpostavite da nemaju produžetak u prostoru. Prava čestica plina nema samo masu, ona ima energiju kretanja ili kinetičku energiju. Kada u posudu stavite velik broj takvih čestica, energija koju oni daju u stjenke posude stvara pritisak na stijenke, a to je pritisak na koji djeluje Boyleov zakon odnosi se. Pod pretpostavkom da su čestice inače idealne, oni će i dalje vršiti jednak pritisak na zidovi sve dok temperatura i ukupan broj čestica ostaju konstantni, a vi ne mijenjate kontejner. Drugim riječima, ako su T, n i V konstantni, tada nam zakon idealnog plina govori da je P konstantan.
Promijenite glasnoću i mijenjate pritisak
Sada pretpostavimo da dopustite da se volumen spremnika poveća. Čestice moraju dalje ići u svoje putuju do zidova kontejnera i prije nego što dođu do njih vjerojatno će pretrpjeti još sudara s drugima čestice. Ukupni rezultat je da manje čestica udara o stijenke spremnika, a one zbog kojih ima manje kinetičke energije. Iako bi bilo nemoguće pratiti pojedinačne čestice u spremniku, jer broje u redoslijedu 1023, možemo promatrati ukupni učinak. Taj je učinak, kako su zabilježili Boyle i tisuće istraživača nakon njega, da pritisak na zidove opada.
U obrnutoj situaciji, čestice se skupe kad smanjite glasnoću. Sve dok temperatura ostaje konstantna, oni imaju istu kinetičku energiju, a sve više njih češće udara u zidove, pa tlak raste.
