보일 샤를의 법칙과 아보가드로의 법칙

보일 샤를의 법칙과 아보가드로의 법칙

여기서는 기체의 부피가 압력, 온도, 물질량에 따라 어떻게 변화하는지 그 법칙성에 대해 알아보면서 이야기해보려함니다.

먼저 기체의 부피와 압력의 관계를 나타낸 보일의 법칙, 절대온도와의 관계를 나타낸 샤를의 법칙, 이들을 정리한 보일의 샤를의 법칙을 확인해 보겠습니다.

또한 기체의 부피와 물질량의 관계를 나타낸 아보가드로의 법칙에 대해서도 살펴 보겠습니다.

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보일의 법칙

보일의 법칙이란 온도가 일정할 때 기체의 부피는 압력의 크기에 반비례한다는 법칙입니다.

즉, 기체에 압력을 가할수록 부피는 작아집니다.

압력을 P[atm], 기체의 부피를 V[L], 정수를 k로 하면 기체의 부피가 압력에 반비례하는 것을 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.

V=k/P

식 변형되어 아래와 같이 나타나기도 합니다.

PV=k

보일의 법칙을 실감할 수 있는 가까운 예를 몇 가지 보여드리겠습니다.

산 위에서 먹던 페트병이 내려오면 대기압이 증가해 찌그러진다.

이것은 압력이 커지는 예입니다.

또 산에 오르면 대기압이 감소해 새우깡칩 포장지가 부풀어 오른다.

이것은 압력이 줄어드는 예입니다.

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샤를의 법칙

샤를의 법칙은 압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대 온도에 비례한다는 법칙입니다.

섭씨온도를 기준으로 표현하면 1℃ 상승할 때마다 0℃(273K) 부피의 273분의 1씩 상승한다고 할 수 있습니다.

기체의 열팽창에 대해 나타낸 법칙이기도 합니다.

온도가 상승할수록 기체의 부피가 커집니다.

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기체의 부피를 V[L], 절대 온도를 T[K], 정수를 k라고 하면 기체의 부피가 절대 온도에 비례하는 것을 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.

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V=kT

압력이 일정할 때 기체의 부피와 절대 온도의 비가 일정하기 때문에 식 변형하여 아래와 같이 나타낼 수도 있습니다.

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V/T=k

샤를의 법칙에 대한 예를 들어보면

주전자를 가열하면 뜨거운 물에서 발생한 증기의 부피가 증가하고 뚜껑이 떠오른다.

이는 온도 상승에 따른 예입니다.