[자연과학]물리학 - 보일의 법칙[BIyle의 법칙]

B I y l e 의 법 칙
Boyle의 법칙

1. 실험 목적

밀폐된 실린더에 공기를 채운 후 온도, 부피, 압력을 변화시키면서 이상기체 상태방정식을 확인하고, 온도를 일정하게 유지한 채 압력을 변화시키면서 부피를 측정하여 Boyle 법칙을 확인한다.
그림 5.1 : 변화 전 (위)와 변화 후 (아래)모습

2. 실험 원리

압력 , 부피 , 분자수 , 온도 인 기체가 열적 평형상태에 있으면, 기체의 상태방정식에 의해 서로 관련이 맺어진다. 이상기체의 경우 상태 방정식은 다음과 같다.
, : Boltzmann 상수 (5.1)
이 방정식은 많은 기체의 성질을 놀라운 정도로 만족시킨다. 특히 온도가 높거나 밀도가 낮으면 (가 작으면) 더욱 잘 만족시킨다. 그림 5.1과 같이 피스톤 내부에 있는 기체의 압력, 부피 그리고 온도를 변화시켰다면 기체 분자수는 일정하므로,
(5.2)
하게 된다. 만약, 변화 전과 변화 후의 기체 온도를 일정하게 유지 시켰다면,
(5.3)
하게 된다. 이 관계식이 Boyle의 법칙이라고 알려져 있다.

3. 실험 기구 및 장치

Boyle의 법칙 실험 장치, 디지털 압력계, 디지털 온도계, 알콜 램프
그림 5.2 : Boyle의 법칙 실험 장치

4. 실험 방법

a. Boyle의 법칙 ()

(1) 그림 5.2와 같이 장치를 하고 내부 압력이 대기압과 같을 때 피스토이 실린더 중앙에 오도록 맞춘다. (중앙에 있지 않으면 압력계의 연결 호스를 뽑아서 피스톤이 중앙에 오도록 학고 다시 호스를 결합한다.)

(2) 피스톤을 정도 압축한다. 계속 이 상태를 유지하면서 공기가 새는지 확인한다. (공기가 새면 압력이 계속해서 낮아진다.)

(3) 공기가 새지 않으면 실린더의 눈금을 단계별로 정하여 공기를 압축시키면서 압력을 측정하고 다시 팽창시키면서 압력을 측정한다.

(4) 압축시킬 때와 팽창시킬 때 측정한 압력과 부피의 곱 를 각각 계산한다.

(5) 부피의 역수 에 따른 압력의 그래프를 각각 그린다.

…

5. 측정값

56.0