기체의 부피 변화에 대한 '보일의 법칙'이란?

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기체의 부피 변화에 대한 ‘보일의 법칙’

 

 

스킨다이버가 잠수할 때 등에 지고 들어가는 공기 탱크라든가, 프로판가스 탱크에는 높은 압력으로 채운 기체가 들어 있다. 같은 크기의 용기이지만 압력이 강하면 더 많은 기체를 담을 수 있다.  

 

영국의 물리학자이며 화학자인 로버트 보일(Robert Boyle, 1627-1691)은 스스로 만든 성능 좋은 진공펌프를 이용하여 기체에 대한 여러 가지 실험을 했다. 그는 공기의 부피와 압력 사이에, 오늘날 '보일의 법칙'(Boyle's Law)이라 불리는 원리가 있음을 발견하고, 그 사실을 1662년에 발표했다.

 

“온도가 같은 조건이라면, 일정한 질량을 가진 공기의 부피는 압력에 반비례한다.”

 

이것을 공식으로 나타내면, pV = k 이다. p는 압력, V는 기체의 부피, k는 비례상수이다. k는 기체의 종류와 온도에 따라 다르다.

 

간단한 실험으로, 주사기의에 5cm(5cc) 높이에 피스톤을 고정한 상태에서, 주사기 바늘구멍을 완전하게 막고, 피스톤을 2기압의 힘으로 누른다면, 피스톤 면은 2.5cm 높이로 내려가고, 피스톤을 4기압으로 누른다면, 피스톤 면은 1.25cm까지 내려간다.

 

아일랜드의 리스모어 성(城)에서 태어난 보일은 어려서부터 매우 총명했다. 그는 14살 때 이탈리아를 방문하여 갈릴레오의 업적을 공부한 후, 일생 과학을 연구하기로 결심했다. 그는 아리스토텔레스의 4원소설(모든 물질의 기본이 땅, 물, 불, 공기 4가지라는 생각)을 부정했으며, 보일의 법칙만 발견한 것이 아니라, 공기가 없으면 생물이 살지 못하고, 불도 타지 못한다는 사실도 실험으로 증명했다.

 

보일은 화학이란 이론이 아니라 실험으로 이루어져야 한다고 주장한 최초의 과학자이기 때문에 '현대 화학의 아버지'로 불리기도 한다.

 

보일의 법칙과 함께 중요한 공기의 법칙에는 샤를의 법칙(Charles' Law)이 있으며, 두 법칙을 묶어 '보일-샤를의 법칙'이라 한다.  

 

 

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