누르면 줄어드는 부피 (보일 법칙)

Boyle's law

주사기 끝을 막고 피스톤을 누르면, 안의 공기는 왜 점점 더 세게 밀어낼까요?

무슨 일이 일어났나

온도가 같을 때 갇힌 기체의 부피를 줄이면 압력이 그만큼 커지는 관계를 보일 법칙이라고 합니다 — NASA 는 이때 압력 × 부피가 거의 일정하다고 설명합니다.

시뮬레이터(2 차원 모형)에서 피스톤이 넓이를 1 m² → 0.5 m² 로 줄이면, 열이 드나드는 벽 덕분에 온도 kT 는 1.01 J 로 거의 그대로이고 잰 압력은 약 412 N/m 로 두 배가 됩니다(10~30 초 평균).

넓이를 0.25 m² 까지 줄이면 압력은 약 821 N/m — 넓이가 4 분의 1 이면 압력은 4 배이고, P × A 는 약 205 J 로 그대로입니다.

벽을 «단열(insulated)» 로 바꾸면 누르는 일이 기체를 데워 온도 kT 가 2.04 J 로 오르고 압력은 832 N/m 로 더 커집니다 — 보일 법칙은 온도가 같을 때만 맞습니다.

💡 생활 속 예시

  • 바늘 없는 주사기 끝을 손가락으로 막고 누르면 점점 더 세게 밀려나는 느낌이 드는 것이 보일 법칙입니다.
  • 비행기가 높이 올라가면 기내의 과자 봉지가 부푸는 것은 바깥 압력이 낮아져 봉지 속 공기가 부피를 키우기 때문입니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 기체를 눌러 부피를 반으로 줄여도 압력은 그대로다.

    NASA 에 따르면 온도가 같은 갇힌 기체는 압력 × 부피가 거의 일정합니다 — 부피가 절반이면 압력은 두 배입니다. 출처

누가 왜 찾았나

NASA 에 따르면 로버트 보일(Robert Boyle)은 온도가 같은 갇힌 기체의 압력과 부피 사이의 관계를 연구했고, 1660 년 이 관계를 처음 관찰해 그 법칙에 그의 이름이 붙었습니다. 두 양을 곱하면 거의 일정하다는 그의 관찰은, 뒤에 온도까지 넣은 상태 방정식의 첫 조각이 됩니다.

확인된 값

보일이 압력과 부피의 관계를 처음 본 해 (NASA)
1660 출처
로버트 보일 (Robert Boyle) — 온도가 같은 갇힌 기체의 압력과 부피를 연구
Robert Boyle 출처
온도가 같으면 압력 × 부피가 거의 일정하다
p·V ≈ 일정 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 기체의 성질 [9과06-02]
  • 한국 2022 · 과학(초등) · 여러 가지 기체 [4과15-02]
  • 일본 · 小学校 第4学年 A (1) 空気と水の性質

출처

이어서 보기

같은 단원 · 기체와 분자 운동

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