ĐỊNH LUẬT BOYLE
- Nội dung phát hiện: áp xuất và thể tích khí tỉ lệ nghịch với nhau
- Người phát hiện: Robert Boyle.
Tại sao phát hiện của Robert Boyle lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?
Định luật Robert Boyle là công thức số lượng đầu tiên miêu tả sự vận động của chất khí, đặt cơ sở cho việc nghiên cứu biến đổi lượng của chất khí và phân tích hóa học.
Định luật này là cơ sở của môn hóa học và tất cả những học sinh đầu tiên nhập môn hóa học đều phải học.
Robert Boyle là nhà thực nghiệm thiên tài, ông đã chứng minh được chất khí cũng giống như chất rắn, đều do nguyên tử cấu tạo thành, nhưng trong cấu tạo của chất khí thì khoảng cách giữa các nguyên tử là tương đối xa, không liên kết với nhau, do đó chúng có thể bị ép chặt lại hơn. Ngay từ năm 440 trước Công nguyên, Democritus đã đưa ra khái niệm sự tồn tại của nguyên tử, và trong suốt 2000 năm sau đó, người ta không ngừng tranh luận về vấn đề này. Bằng thực nghiệm, Boyle đã chứng minh được sự tồn tại của nguyên tử là chính xác.
Định Luật Boyle đã được ra đời như thế nào?
Robert Boyle sinh ra trong một gia đình bá tước, ông là hội viên của Hiệp hội khoa học Anh. Năm 1662, trong hội nghị của Hiệp hội khoa, Robert Hooke đưa ra một bản luận văn, nội dung trình bày thí nghiệm của các nhà khoa học pháp về tính đàn hồi của không khí. Hồi đó, các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến các đặc tính của không khí.
Các nhà khoa học Pháp đã chế tạo ra một cái xilanh bằng đồng, ở giữa có pittong, khoảng cách được lắp rất khít. Một vài người ấn mạnh pittong, ép không khí chặt xuống sau đó họ nhả tay ra, pittong bị đẩy bật trở lại nhưng không bị đẩy hết. Cho dù họ đã thử rất nhiều lần như vậy nhưng kết quả vẫn tương tự, pittong vẫn không hoàn toàn bị đẩy hết trở lại.
Qua vài lần thử nghiệm như vậy, các nhà khoa học Pháp tuyên bố: không khí không hề có tính đàn hồi, qua quá trìn bị nén, không khí sẽ giữ được trạng thái bị nén nhẹ.
Boyle đã chứng minh thí nghiệm của các nhà khoa học Pháp không thể nói lên điều gì. Ông chỉ ra, sở dĩ pit-tong không thể hoàn toàn bị đẩy về vị trí cũ là do họ đã dùng loại pittong quá chặt. Có người phản bác lại, nếu như nới lỏng pittong, sẽ làm hở không khí và gây ảnh hưởng đến thí nghiệm.
Robert Boyle quyết định làm ra một chiếc pittong có độ hở, tối ưu phù hợp để chứng minh sự sai lầm trong thí nghiệm trên.
Hai tuần sau đó, Boyle tay cầm một ống thủy tinh hình chữ U đến trước mặt các hội viên. Ống thủy tinh không cân đối với một đầu vừa mảnh vừa dài, cao trên 3 foot, đầu kia vừa thô vừa ngắn, đầu ngắ được nút chặt còn đầu dài mở.
Boyle cho thủy ngân vào trong ống cho đến khi thủy ngân phủ đầy đáy ống và dâng lên một chút ở hai thành ống. Trong đầu ống ngắn đã được bịt kín, một phần không khí nhỏ bị giữ lại ở trên thủy ngân. Boyle giải thích rằng pittong là vật dụng bất kỳ để nén không khí, thủy ngân dùng ở đây cũng được coi như là một pittong, và cách làm của Boyle cũng giống như mong muốn của các nhà khoa học Pháp, không phải do vấn đề ma sát mà ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
Boyle cho ghi lại trọng lượng của thủy ngân, ông đánh dấu phần tiếp giáp giữa thủy ngân và không khí. Tiếp đó ông rót đầy thủy ngân vào trong đầy ống thủy tinh dài. Lúc này lượng thủy ngân trong ống ngắn đầu bên kia dâng lên một nửa. Dưới sức nén của thủy ngân, thể tích không bị giữ lại và nén xuống không bằng một nửa lúc đầu.
Boyle lại vạch một dấu thứ hai trên ống thủy tinh ngắn để cho thấy độ cao mới của dung dịch thủy ngân trong ống và thể tích bị nén của không khí được giữ lại trên mặt thủy ngân.
Sau đó, Boyle mở nút van phía dưới của ống thủy tinh chữ U, ống xả thủy ngân ra ngoài cho đến khi trọng lượng của pittong thủy tinh và thủy ngân đúng bằng trọng lượng của chúng khi mới bắt đầu làm thí nghiệm.
Cột thủy ngân và phần không khí bị giữ lại lập tức trở lại vị trí ban đầu. Rõ ràng không khí có tính đàn hồi và thí nghiệm của các nhà khoa học Pháp đã sai.
Boyle tiếp tục dùng pittong thủy tinh để tiến hành thí nghiệm và đã phát hiện ra rất nhiều chi tiết đáng chú ý. Khi ông tăng lực nén lên gấp đôi, thể tích của phần không khí bị giữ lại giảm xuống một nửa, tăng lực nén lên gấp ba thì thể tích đó giảm xuống 1/3. Ap suất và thể tích của một khối lượng khí xác định luôn tỉ lệ nghịch với nhau. Ông phát minh ra một đẳng thức toán học đơn giản để biểu thị quan hệ này, đó chính là định luật Boyle mà bây giơ chúng ta vẫn dùng. Trên phương diện tìm hiểu và chinh phục bầu khí quyển thì định luật này của Boyle có ý nghĩa vô cùng quan trọng.
