波义耳定律

波马定律

在定量定温下，理想气体的体积与气体的压强成反比。是由英国化学家波义耳（Boyle），在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”称之为波义耳定律。这是人类历史上第一个被发现的“定律”。

简介

波义耳定律（Boyle's law，有时又称 Mariotte's Law或波马定律，由玻意耳和马里奥特在互不知情的情况下，间隔不久，先后发现）：在定量定温下，理想气体的体积与气体的压强成反比。是由英国化学家波义耳（Boyle），在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”称之为波义耳定律。这是人类历史上第一个被发现的“定律”。

公式

V是指气体的体积，P指压强，C为一常数。

这个公式又可以继续推导，理想气体的体积与压强的乘积成为一定的常数，即：PV=C （constant）。

如果在温度相同的状态下，A、B两种状态下的气体关系式可表示成：PAVA=PBVB

习惯上，这个公式会写成：

重大意义

波义耳创建的理论——波义耳定律，是第一个描述气体运动的数量公式，为气体的量化研究和化学分析奠定了基础。该定律是学习化学的基础，学生在学习化学之初都要学习它。

波义耳具有实验天赋，还证实了气体像固体一样是由原子构成的。但是，在气体中，原子距离较远，互不连接，所以它们能够被挤压得更密集些。早在公元前440年，德谟克里特就提出原子的存在，在随后的两千年里人们一直争论这个问题。通过实验，波义耳使科学界相信原子确实是存在的。

发现历程

简介

波义耳生于伯爵之家，是英国科学协会的会员。在1662年科学协会的会议上，罗伯特·胡克（Robert Hooke）宣读了一篇论文，论文描述法国关于“空气弹性”的实验。17世纪，科学家对空气特征产生了浓厚兴趣。

法国科学家制造了一个黄铜气缸，中间装有活塞，安装得很紧。几个人用力按下活塞，压缩缸里的空气。然后，他们松开活塞，活塞弹回来，但是没有全部弹回来。不论他们隔多长时间做一次实验，活塞总是不能全部弹回来。

通过这项实验，法国科学家声称空气根本不存在弹性，经过压缩，空气会保持轻微的压缩状态。

波义耳宣称法国科学家的实验不能说明任何问题。他指出，活塞之所以不能全部弹回来，是因为他们使用的活塞太紧。有人反驳道，如果活塞稍松，四周就会漏气，影响实验。

罗伯特·波义耳许诺要制造一个松紧适中的绝好活塞，证明上述实验是错误的。

两周后，罗伯特·波义耳手持“U”形大玻璃管站在众会员面前。这个“U”形玻璃管是不匀称的，一支又细又长，高出3英尺多，另一支又短又粗，短的这支顶端密封，长的那只顶端开口。

波义耳把水银倒进玻璃管中，水银盖住了“U”形玻璃管的底部，两边稍有上升。在封闭的短管中，水银堵住一小股空气。波义耳解释，活塞就是任何压缩空气的装置，水银也可以看作“活塞”。向法国实验所期望的那样，波义耳的做法不会因为摩擦而影响实验结果。

波义耳记录下水银重量，在水银和空气交界处刻了一条线。他向长玻璃管中滴水银，一直把它滴满。这时，水银在短玻璃管中上升到一半的高度。在水银的挤压下，堵住空气的体积变成不到原来的一半。

在短玻璃管上，波义耳刻下了第二条线，标示出里面水银的新高度和堵住空气的压缩体积。

然后，通过“U”形玻璃管底部的阀门，他把水银排出，直到玻璃活塞和水银的重量与实验开始时的重量完全相等。水银柱又回到它实验开始的高度，堵住的空气又回到它当初的位置。空气果真有弹性，法国科学家的实验是错误的，波义耳是正确的。

罗伯特·波义耳用玻璃活塞继续实验，发现了很多值得注意的事情。当他向堵住的空气施加双倍的压力时，空气的体积就会减半；施加3倍的压力时，体积就会变成原来的1/3。当受到挤压时，空气体积的变化与压强的变化总是成比例。他创建了一个简单的数学等式来表示这一比例关系，现在我们称之为“波义耳定律”。就认识大气、利用大气为人类服务而言，这一定律是极为重要的。

罗伯特·波义耳（Robert Boyle，1627年1月25日－1691年12月30日），爱尔兰自然哲学家，在化学和物理学研究上都有杰出贡献。虽然他的化学研究仍然带有炼金术色彩，他的《怀疑派的化学家》一书仍然被视作化学史上的里程碑。

求学

波义耳生于爱尔兰沃特福德郡的莱斯摩尔城堡，是当时英国最富有的人“伟大的科克伯爵”理查德·波义耳的第七个儿子。童年体弱但早慧，学会拉丁语和法语。八岁进入他父亲朋友任教务长的伊顿公学。在伊顿期间他不喜欢参加体育锻炼并且常常生病。三年之后他在法国家庭教师陪伴下出国学习，在日内瓦度过了两年。1641年前往意大利佛罗伦萨，研究伽利略的天文学著作与实验。1643年理查德·波义耳死于战争，为他留下了多西特庄园和遗产。1644年他回到爱尔兰，看守庄园同时开始了他的科学研究。

科学研究与发现

1646年波义耳应邀加入了由威尔金斯组织的群众性科学社团——“哲学学会”（又称无形学院）这一社团成员常常在波义耳的庄园聚会交流。1648 年克伦威尔任命威尔金斯主持对牛津大学的改革，威尔金斯邀请波义耳到牛津去工作。1654年波义耳前往牛津，在自己的祖传领地上建立了实验室，聘请罗伯特·胡克为助手开始对气体和燃烧进行研究。

1657年他在罗伯特·胡克的辅助下对奥托·格里克发明的气泵进行改进。1659年制成了“波义耳机器”和“风力发动机”。接下来他用这一装置对气体性质进行了研究，并于1660年发表对这一设备的研究成果。这一论文遭到一些人反对，为了反驳异议，波义耳阐明了在温度一定的条件下气体的压强与体积成反比的这一性质，法国物理学家马略特得到了同样的结果，但是一直到1667年才发表。于是在英语国家，这一定律被称为波义耳定律，而在欧洲大陆则被称为马略特定律。

1661年波义耳发表了《怀疑派的化学家》，在这部著作中波义耳批判了一直存在的四元素说，认为在科学研究中不应该将组成物质的物质都称为元素，而应该采取类似海尔蒙特的观点，认为不能互相转变和不能还原成更简单的东西为元素，他说：“我说的元素...是指某种原始的、简单的、一点也没有掺杂的物体。元素不能用任何其他物体造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所谓完全混合物的成份，也是完全混合物最终分解成的要素。”而元素的微粒的不同聚合体导致了性质的不同。由于波意耳在实验与理论两方面都对化学发展有重要贡献，他的工作为近代化学奠定了初步基础，故被认为是近代化学的奠基人。

1668年他离开牛津前往伦敦他姐姐的庄园居住。在伦敦他建立了自己的实验室，主要进行化学方面的实验。他努力把严谨的实验方法引入化学。1673 年波义耳和胡克对物质的燃烧进行了研究，发现在真空情况下，物质无法燃烧。波义耳根据燃烧实验的结果，写成了论文《关于火焰与空气关系的新实验》，最先揭示了空气是燃烧的必要条件。但是他仍然认为燃烧是火与物质之间的作用。另外波义耳还发现了某些植物的色素可以在酸性和碱性条件下出现不同的颜色，从而引入指示剂的概念。1680年波义耳被选为英国皇家学会会长，但是由于誓言的问题，他拒绝了这一职务。

晚年生活

1689年之后波义耳本来就不是很好的健康继续恶化，他退出了一切社会活动，结束了与皇家学会的关系，公开对不能接待来访者进行道歉。在这种闲居中，他打算整理思想和文章，并希望从事一些秘密的传给后人的化学研究。1691年12月30日，他姐姐去世后仅仅一周，波义耳去世。葬于圣马丁教堂墓地，按照他的遗嘱，他捐赠他写的关于上帝存在讨论的演讲稿，以供后来学者进行讨论。

社会评价

罗伯特·波义耳（Robert Boyle，1627年1月25日－1691年12月30日），爱尔兰自然哲学家。虽然他的化学研究仍然带有炼金术色彩，他的《怀疑派的化学家》一书仍然被视作化学史上的里程碑。

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