보일 법칙 계산기 – 기체 압력과 부피

1662년 로버트 보일이 정립한 보일 법칙은 물리화학의 기초가 되는 대표적인 기체 법칙 중 하나입니다. 온도가 일정하고 기체의 양이 변하지 않을 때, 기체의 압력은 부피에 반비례합니다. 수식으로는 P₁V₁ = P₂V₂로 나타내며, P₁과 V₁은 초기 압력과 부피, P₂와 V₂는 등온 변화 후의 최종 압력과 부피를 뜻합니다. 이 법칙은 기체 분자 운동론으로 설명할 수 있습니다. 용기 안의 기체 분자들은 벽과 충돌하면서 압력을 만듭니다. 부피가 줄어도 온도, 즉 분자의 평균 속도가 일정하면 단위 시간당 벽과의 충돌 횟수가 늘어나 압력이 올라갑니다. 압력을 2배로 하려면 부피를 절반으로, 3배로 하려면 부피를 1/3로 줄이면 됩니다. 이상 기체에서는 이 완벽한 반비례 관계가 정확히 성립하며, 실제 기체도 압력이 너무 높지 않고 액화점보다 충분히 높은 온도에서는 매우 잘 근사됩니다. 보일 법칙은 온도가 일정할 때의 결합 기체 법칙(P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂)의 특수한 경우이며, 이상 기체 법칙 PV = nRT의 특수한 경우이기도 합니다. 이상 기체 법칙은 기체의 몰수 n을 알아야 하지만, 보일 법칙은 그렇지 않다는 점이 유용합니다. 기체의 양과 온도가 일정하다면, 기체의 종류나 양에 상관없이 어떤 두 상태도 P₁V₁ = P₂V₂를 만족합니다. 실제 응용도 매우 많습니다. 스쿠버 다이버는 200 atm, 10 L의 압축 공기가 1 atm에서 2000 L로 팽창한다는 점을 이해해야 하며, 그래서 공기는 폐 속에서 자유롭게 팽창시키지 않고 필요할 때만 들이마셔야 합니다. 주사기, 자전거 펌프, 피스톤 엔진, 폐의 기계적 작용 모두 일상에서 보일 법칙을 보여 줍니다. 분석화학에서는 기체 크로마토그래피와 진공 시스템이 정확한 압력-부피 관계를 사용해 유량을 계산합니다. 이 계산기는 P₁, V₁, P₂, V₂ 네 변수 중 나머지 세 개가 주어지면 하나를 구합니다. 압력과 부피는 일관된 단위로 입력하면 되며, 결과도 같은 단위로 표시됩니다. 선택 사항인 온도 입력은 안내용일 뿐 계산에는 영향을 주지 않습니다. 보일 법칙은 온도가 일정하다고 가정하기 때문입니다。