Robert Boyle, en irländsk kemist som bodde från 1627 till 1691, var den första personen som relaterade volymen av en gas i ett begränsat utrymme till den volym den upptar. Han fann att om du ökar trycket (P) på en fast mängd gas vid en konstant temperatur minskar volymen (V) på ett sådant sätt att produkten av tryck och volym förblir konstant. Om du sänker trycket ökar volymen. I matematiska termer: PV = C, där C är en konstant. Detta förhållande, som kallas Boyle's Law, är en av hörnstenarna i kemi. Varför händer detta? Det vanliga svaret på den frågan handlar om att konceptualisera en gas som en samling fritt rörliga mikroskopiska partiklar.

TL; DR (för länge, läste inte)

Gasens tryck varierar omvänt med volymen eftersom gaspartiklarna har en konstant mängd kinetisk energi vid en fast temperatur.

En idealisk gas

Boyles lag är en av föregångarna till den ideala gaslagen som säger att PV = nRT, där n är gasens massa, T är temperaturen och R är gaskonstanten. Den ideala gaslagen, som Boyle's Law, är tekniskt enbart sann för en idealisk gas, även om båda förhållandena ger god approximation till verkliga situationer. En idealisk gas har två egenskaper som aldrig uppstår i det verkliga livet. Den första är att gaspartiklarna är 100 procent elastiska, och när de slår varandra eller behållarens väggar, förlorar de ingen energi. Den andra egenskapen är att ideala gaspartiklar upptar inget utrymme. De är i huvudsak matematiska punkter utan förlängning. Realatomer och molekyler är oändligt små, men de rymmer utrymme.

Vad skapar tryck?

Du kan förstå hur en gas utövar tryck på en behållares väggar om du inte gör det. t antar att de inte har någon förlängning i rymden. En verklig gaspartikel har inte bara massa, den har energi av rörelse eller kinetisk energi. När du sätter ett stort antal sådana partiklar i en behållare skapar den energi de ger till behållarens väggar tryck på väggarna, och detta är det tryck som Boyle's Law hänvisar till. Om man antar att partiklarna annars är perfekta, fortsätter de att utöva samma mängd tryck på väggarna så länge som temperaturen och det totala antalet partiklar förblir konstanta och du ändrar inte behållaren. Med andra ord, om T, n och V är konstanta, berättar idealgaslagen (PV = nRT) att P är konstant.

Ändra volymen och tryck igen

Nu antar du tillåter att behållarens volym ökar Partiklarna har längre att gå i sin resa till behållarmurgen, och innan de når dem kommer de troligen att drabbas av fler kollisioner med andra partiklar. Det övergripande resultatet är att färre partiklar träffar behållarens väggar, och de som gör det har mindre kinetisk energi. Även om det vore omöjligt att spåra enskilda partiklar i en behållare, eftersom de numrerar i storleksordningen 10 ^{23, kan vi observera den övergripande effekten. Den effekten som Boyle och tusentals forskare efter honom påpekat är att trycket på väggarna går ner.}

I omvänd situation blir partiklarna trånga tillsammans när du minskar volymen. Så länge som temperaturen stannar konstant, har de samma kinetiska energi, och fler av dem träffar väggarna oftare, så trycket går upp.