Boyle'i-Mariotte'i seadus

Boyle'i-Mariotte'i seadus on üks gaaside seadustest ning ideaalse gaasi olekuvõrrandi erijuht. Selle kohaselt muutub gaasi rõhk isotermilises protsessis pöördvõrdeliselt gaasi ruumalaga. See tähendab, et kui gaasi temperatuur hoida muutumatuna, siis gaasi ruumala vähendamisel kaks korda suureneb rõhk kaks korda.

Konstantsel temperatuuril antud gaasi hulga puhul on rõhk pöördvõrdeline ruumalaga

Matemaatiliselt võib Boyle'i-Mariotte'i seadust väljendada kujul:

${\displaystyle pV=const\,{\text{, kui }}\ T=const\,}$,

kus ${\displaystyle p}$, ${\displaystyle V}$ ja ${\displaystyle T}$ tähistavad vastavalt gaasi rõhku, ruumala ja temperatuuri.

Ajalugu

 Pikemalt artiklis Termodünaamika ajalugu

Boyle'i lähteandmete graafik

Sellist seost rõhu ja ruumala vahel märkasid esimestena Richard Towneley ja Henry Power.^[1]

Robert Boyle kinnitas nende avastust katsetega ja avaldas tulemused. Katseseadmed ehitas Robert Guntheri ja teiste autoriteetide sõnul Robert Hooke. Boyle'i seadus põhineb katsetel õhuga, mis tema meelest oli väikeste nähtamatute vedrude vahel paigal seisvate osakeste fluidumiks. Sel ajal peeti õhku veel üheks neljast elemendist stiihiast, millega Boyle ei olnud nõus. Boyle huvi asja vastu tuli tõenäoliselt sellest, et ta tahtis käsitada õhku elu hädavajaliku elemendina^[2]; näiteks avaldas ta töid taimede kasvust ilma õhuta.^[3] Boyle kasutas kinnist J-kujulist toru ning pärast ühelt poolt elavhõbeda sissekallamist sundis ta teisel pool oleva õhu elavhõbeda survel kokku tõmbuma. Korranud katset mitu korda, kasutades erinevat elavhõbeda hulka, leidis ta kontrollitud tingimustes, et gaasi rõhk on pöördvõrdeline selle ruumalaga.^[4].

Prantsuse füüsik Edme Mariotte avastas sama seaduse Boyle'ist sõltumatult 1676. aastal.^[5][6], kuid Boyle oli selle avaldanud juba 1662.^[5] Sellepärast nimetatakse seda seadust Boyle'i-Mariotte'i seaduseks, mõnikord ka Boyle'i seaduseks või Mariotte'i seaduseks.

Aastal 1687 näitas Isaac Newton raamatus "Principia", et kui elastne fluidum koosneb paigalseisvatest osakestest, mille vahel mõjuvad nendevahelise kaugusega pöördvõrdelised tõukejõud, siis on selle tihedus rõhuga võrdeline^[7], kuid see matemaatiline traktaat ei ole tänapäeva vaatekohast vaadeldud seose füüsikaline seletus. Staatilise teooria asemel on tarvis kineetilist teooriat, mille esitasid kaks sajandit hiljem James Clerk Maxwell ja Ludwig Boltzmann.

See seadus oli esimene füüsikaseadus, mida väljendati kahe muutuja vahelist sõltuvust kirjeldava võrrandi kujul.^[8]

Vaata ka

• Ideaalne gaas
• Gay-Lussaci seadus
• Charles'i seadus

Viited

1. Gerald James Holton. Physics, the Human Adventure: From Copernicus to Einstein and Beyond, Rutgers University Press 2001, ISBN 978-0-8135-2908-0, lk 270jj. Google'i raamat
2. The Boyle Papers BP 9, fol. 75v-76r, BBK.ac.uk
3. The Boyle Papers, BP 10, fol. 138v-139r, BBK.ac.uk
4. Scientists and Inventors of the Renaissance, Britannica Educational Publishing 2012, ISBN 978-1-61530-884-2, lk 94.
5. Scientists and Inventors of the Renaissance, Britannica Educational Publishing 2012, ISBN 978-1-61530-884-2, lk 95.
6. Walter Greiner, Ludwig Neise, Horst Stöcker. Thermodynamics and Statistical Mechanics, Springer 1997, 2., parandatud trükk, lk 9: "Juba 1664. aastal leidis R. Boyle ning pisut hiljem, kuid temast sõltumatult, E. Mariotte üldise seose gaasi rõhu ja ruumala vahel konstantsel temperatuuril..."
7. Principia, Sec. V, prop. XXI, teoreem XVI
8. Scientists and Inventors of the Renaissance, Britannica Educational Publishing 2012, ISBN 978-1-61530-884-2, lk 95

Välislingid

• Ideaalse gaasi seadused