Зашто се притисак смањује са повећањем запремине?

Роберт Боиле, ирски хемичар који је живео од 1627. до 1691. године, био је прва особа која је повезала запремину гаса у ограниченом простору са запремином коју заузима. Открио је да ако повећате притисак (П) на фиксној количини гаса при константној температури, запремина (В) се смањује на такав начин да умножак притиска и запремине остају константни. Ако смањите притисак, запремина се повећава. У математичком смислу:

где је Ц константа. Ова веза, позната као Бојлов закон, један је од темеља хемије. Зашто се ово дешава? Уобичајени одговор на то питање укључује концептуализацију гаса као колекције микроскопских честица које се слободно крећу.

ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)

Притисак гаса варира обрнуто од запремине, јер честице гаса имају константну количину кинетичке енергије на фиксној температури.

Боилеов закон један је од претходника закона о идеалном гасу, који каже да:

где је н маса гаса, Т је температура, а Р гасна константа. Закон о идеалном гасу, попут Бојловог закона, технички је тачан само за идеалан гас, иако оба односа пружају добре апроксимације стварним ситуацијама. Идеалан гас има две карактеристике које се никада не јављају у стварном животу. Прва је да су честице гаса 100 посто еластичне и када ударе једна о другу или о зидове посуде, не губе енергију. Друга карактеристика је да идеалне честице гаса не заузимају простор. То су у основи математичке тачке без наставка. Стварни атоми и молекули су бескрајно мали, али заузимају простор.

Можете разумети како гас врши притисак на зидове посуде само ако не претпоставите да немају продужетак у свемиру. Права честица гаса нема само масу, она има енергију кретања или кинетичку енергију. Када сложите велики број таквих честица у контејнеру, енергија коју они предају зидови контејнера стварају притисак на зидове, а то је притисак на који делује Боилеов закон односи се. Под претпоставком да су честице иначе идеалне, они ће и даље вршити једнак притисак на зидови све док температура и укупан број честица остају константни, а ви не мењате контејнер. Другим речима, ако су Т, н и В константне, тада нам закон идеалног гаса говори да је П константна.

Сада претпоставимо да дозвољавате да се повећа запремина посуде. Честице могу даље да иду у своје путују до зидова контејнера и пре него што дођу до њих вероватно ће претрпети још судара са другим честице. Укупни резултат је да мање честица удара о зидове контејнера, а оне због којих има мање кинетичке енергије. Иако би било немогуће пратити појединачне честице у контејнеру, јер броје у редоследу 10²³, можемо посматрати укупни ефекат. Тај ефекат, како су забележили Боиле и хиљаде истраживача после њега, је да притисак на зидове опада.

У обрнутој ситуацији, честице се скупе када смањите јачину звука. Све док температура остаје константна, они имају исту кинетичку енергију, а већи број њих чешће удара у зидове, па притисак расте.