보일의 법치(Boyle's law)

보일의 법칙은 기체의 온도가 일정하면 기체의 압력과 부피는 반비례한다는 법칙으로, 영국의 자연철학자, 화학자이자 물리학자인 보일(R. Boyle, 1627-1691)이 1662년에 발견하였다.

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보일의 법칙을 좀 더 엄밀하게 표현하자면, 닫힌계에서 온도와 질량이 일정한 이상기체가 가지는 압력은 그 기체의 부피에 반비례한다는 법칙이다. 이 법칙을 수학적으로 표현하자면

또는이다. 여기서 는 기체의 압력, 는 기체의 부피, 는 상수이다. 그림 1과 2는 보일의 법칙을 한눈에 알기 쉽게 보여준다.

기체의 압력과 부피에 관해서 최초로 연구한 이들은 영국의 수학자이자 천문학자였던 타우널리(R. Towneley, 1629-1707)와 영국의 내과의사이자 실험가였던 파워(H. Power, 1623-1668)였다. 보일은 그들의 발견을 실험을 통해 확인하였고 그 결과를 논문으로 출간하였다. 보일은 공기를 대상으로 실험을 행하였는데, 그 당시까지도 공기는 사원소(four elements, 공기,물,불,흙) 중의 하나라고 여겨졌다. 보일은 이러한 관습을 받아들이지 않고 공기가 미세한 입자들로 이루어진 유체이며, 입자들은 미세하고 보이지 않는 스프링으로 연결되어 있다고 여겼다. 보일이 공기의 성질에 관심을 가지게 된 이유는 공기가 생명현상에 필수 요소로 작용하는 이유를 찾기 위해서였을 것으로 짐작된다. 일례로 보일은 공기가 없는 상태에서 식물의 발육에 대한 논문을 발표하기도 하였다. 이 실험을 위해 공기를 뽑아내는 과정 중에 공기의 부피와 압력 사이의 관계에 대한 관찰을 수행하였다.

1679년에는 프랑스의 물리학자이자 사제였던 마리오뜨 (E. Mariotte, 1620-1684)도 보일과 독립적으로 기체의 부피와 압력에 대한 동일한 법칙을 발견하였으나, 보일은 자신의 법칙을 이미 1662년도에 출간한 상태였다.

보일의 법칙은 샤를의 법칙과 함께 보일∙샤를의 법칙이라고도 흔히 불리운다.