Boyle’o dėsnis yra pagrindinis chemijos dėsnis, apibūdinantis pastovioje temperatūroje laikomų dujų elgseną. Įstatymas, kurį 1662 m. atrado Robertas Boyle’as, teigia, kad esant fiksuotai temperatūrai, dujų tūris yra atvirkščiai proporcingas dujų slėgiui. Kitaip tariant, kai dujos pumpuojamos į uždarą erdvę, jos susitrauks, kad tilptų į tą erdvę, tačiau padidės slėgis, kurį dujos daro ant talpyklos. Boyle’o dėsnį galima parašyti matematiškai:
P x V = konstanta
Šioje lygtyje P = slėgis ir V = tūris.
Boyle’o eksperimentas
Norėdamas įrodyti dėsnį, Boyle’as pumpavo deguonį (dujas) į J formos stiklo vamzdelį, kurio vienas galas buvo sandariai uždarytas. Naudodamas degiklį, kad palaikytų deguonį pastovioje temperatūroje, jis į vamzdelį įpylė skirtingą gyvsidabrio kiekį, kuris keitė deguonies slėgį. Jis nustatė, kad kuo didesnis slėgis, tuo mažesnis deguonies tūris, ir šis sumažėjimas vyksta pastoviu greičiu.
Boyle’o dėsnis konkrečiai susijęs su idealiomis dujomis, tai yra, teorinėmis dujomis, sudarytomis iš atsitiktinių dalelių, kurios nesąveikauja. Nors tikrosios dujos nėra idealios, dauguma jų pasižymi šiomis idealiomis savybėmis normaliomis sąlygomis.
Realaus pasaulio pavyzdžiai
Vieną Boyle’o dėsnio veikimo pavyzdį galima pamatyti balione. Į balioną pučiamas oras; to oro – dujų – slėgis stumia gumą, todėl balionas plečiasi. Jei vienas baliono galas suspaudžiamas ir sumažėja tūris, padidėja slėgis viduje, todėl neišspausta baliono dalis išsiplečia. Tačiau yra riba, kiek dujų galima suspausti, nes ilgainiui slėgis tampa toks didelis, kad balionas (ar bet koks indas) sugenda.
Kitas pavyzdys yra švirkštas kraujui paimti. Tuščiame švirkšte yra nustatytas dujų (oro) kiekis; jei stūmoklis patraukiamas atgal, adatos galo į nieką neįkišus, vamzdelio tūris padidės ir slėgis sumažės, todėl į vamzdelį pateks daugiau oro, kad išlygintų slėgį. Jei švirkštas įkišamas į veną, o stūmoklis patrauktas atgal, kraujas tekės į vamzdelį, nes slėgis venoje yra didesnis nei slėgis švirkšte.
Kitas Boyle’o dėsnio apibūdinimo būdas yra tas, kad stumiant dujas linkęs stumti atgal. Be didžiulės gravitacijos, kuri jas laikytų kartu, Saulės sistemos dujinės planetos greitai išsisklaidytų į visas puses ir greitai išnyktų slėgis. Šiuo atveju gravitacijos slėgis reguliuoja dujų tūrį aplink šias planetas.
Charleso ir Guy-Lussac dėsnis
Boilio dėsnio atvirkštinė formulė yra Charleso ir Gay-Lussac dėsnis, pavadintas dviejų jį atradusių prancūzų mokslininkų vardu. Charleso ir Gay-Lussac dėsnis rodo, kad dujų tūris didėja arba mažėja priklausomai nuo temperatūros. Surašytas matematiškai, įstatymas atrodo taip:
V = konstanta x T
Šioje lygtyje V = tūris ir T = temperatūra. Boyle’o dėsnis sutelktas į pastovią temperatūrą ir besikeičiantį slėgį, o Charleso ir Gay-Lussac’o įstatymas sutelkia dėmesį į temperatūros keitimą.