보일의 법칙에서 압력(P)은 기체 자체의 압력

보일의 법칙에서 압력(P)은 기체 자체의 압력

 

 

보일의 법칙, P1V1 = P2V2 에서,

압력(P)은 기체의 압력(내부 압력)인가?

외부에서 가해지는 압력(외부 압력)인가?

 

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[참고] 보일의 법칙

[ https://ywpop.tistory.com/1977 ]

 

 

 

보일의 법칙, P1V1 = P2V2 에서,

압력(P)은

기체(계, System)의 내부 압력을 의미한다.

 

 

 

그러나

실제 문제 풀이나 실험 상황에서

외부 압력을 사용하는 경우도 있는데,

그 이유에 대해 정리해보자.

 

 

 

1. 보일이 정의한 압력의 정의

> 기체의 자체 압력(내부 압력), P_gas

> 보일의 법칙: “닫힌 계(System)에서 기체의 부피(V)는

그 기체가 용기 안쪽 벽면에 가하는 압력(P)에 반비례한다.”

> 따라서 공식에 나오는 P는 기체 자체의 압력이다.

 

 

 

2. 왜 외부 압력(P_ext)과 혼동할까?

 

예를 들어,

멈춰 있는 피스톤, 크기가 일정한 풍선 등은

역학적 평형 상태이다.

 

이 상태에서는

기체의 내부 압력과 외부 압력이

균형을 이루어 서로 같다. 즉,

P_gas = P_ext

 

이 때문에 문제에서

“대기압이 1기압...”, 또는 “외부 압력이 1기압...”,

이렇게 주어졌을 때,

상황이 평형 상태라면

기체의 내부 압력 또한 1기압이므로

공식에 그대로 대입할 수 있는 것이다.

( 이 때문에 혼동하는 것이다. )

 

 

 

따라서 만약,

피스톤이 움직이고 있는 상태, 또는

풍선이 팽창/수축하고 있는 상태라면,

P_gas ≠ P_ext 이므로,

반드시 기체의 압력을 구해서

공식에 대입해야 할 것이다.

 

 

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[예제] 25℃, 1기압에서 40 L인 기체의 압력이

25℃에서 4기압으로 변하면 부피는 몇 L가 되는가?

---> 지문에 나오는 1기압, 4기압은

모두 기체 자체(내부)의 압력(P_gas)을 말하는 것이다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/470641 )

 

 

 

 

[예제] 풍선 1 L에 가해지는 압력은 1 atm.

압력이 2 atm으로 바뀐다면 풍선의 부피는?

---> 지문에 나오는 1 atm, 2 atm은

모두 외부 압력(P_ext)이고,

압력 변화 전/후 모두 평형 상태이므로,

P_ext = P_gas.

이 때문에 공식에 그대로 대입했다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/24477 )

 

 

 

 

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