A lei de Boyle

 

 

Se um frasco de vidro vazio é invertido e introduzido, com cuidado, na água, o ar aprisionado em seu interior o mantém flutuando.

Um pouco de água penetra no frasco, porém o nível no seu interior está abaixo do nível exterior. Como no início o frasco estava cheio de ar, ao introduzi-lo na água produziu-se uma redução no seu volume. Ao mesmo tempo, aumenta a pressão do ar aprisionado, o que pode ser demonstrado comparando-se os níveis de água no interior e exterior do frasco. A pressão da atmosfera sobre a água, no exterior do frasco, é menor que a pressão exercida pelo ar sobre a água em seu interior.

IMAGEM 01 - EXPERIÊNCIA DE BOYLE. Acervo: Ludus Schola

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Estas observações demonstram que o volume de um gás em espaço fechado reduz-se à medida que aumenta a pressão. Se realizarmos outas experiências, nas quais a pressão do gás se reduza abaixo da atmosférica, observaremos que seu volume aumenta. Porém as experiências assim realizadas não dizem nada acerca da fórmula matemática de variar o volume de um gás, como resultado das mudanças de pressão a que se acha submetido.

Porém, há trezentos anos — para sermos mãos precisos, em 1662 — Robert Boyle pesquisou o comportamento de uma quantidade fixa de gás, submetido a diversas pressões, conseguindo encontrar uma reação muito simples entre o volume e a pressão de um gás. Este foi um dos primeiros fenômenos físicos estudados quantitativamente com êxito, e os resultados obtidos expressam-se mediante a lei de Boyle. É muito fácil demonstrar esta lei com um aparelho semelhante ao usado por Boyle. Dobre-se um pequeno tubo de vidro, dando-lhe a forma de “J”, e fecha-se a ponta mais curta. A parte mais longa dever ter cerca de 100 cm de comprimento, enquanto a parte mais curta basta medir uns 30 cm. Colocando uma pequena quantidade de mercúrio, metal líquido, neste tubo, certa quantidade de ar fica aprisionada na parte mais curta. Se o tubo usado for de boa qualidade, podemos admitir que a área da seção transversal do tubo é idêntica em todo o comprimento. Deste modo, o volume de ar que se encontra na parte curta é proporcional ao comprimento da coluna de ar.

A pressão do ar confinado na parte mais curta pode ser determinada medindo a diferença de níveis do mercúrio em ambas as partes. Porém estas leituras indicam somente o excesso de pressão a que se encontra o ar confinado acima da pressão atmosférica.

A pressão total pode calcular-se somando à altura de uma coluna barométrica de mercúrio cada uma das leituras obtidas por diferenciação.

Uma vez pronto o aparelho, a pressão do gás confinado pode ser aumentada pouco a pouco, adicionando pequenas quantidades de mercúrio pela parte aberta do tubo em forma de “J”. Quando os níveis de mercúrio se estabilizam, medem-se e anotam o comprimento da coluna de ar (volume) e a diferença nos níveis de mercúrio (excesso de pressão). Registra-se ainda a pressão atmosférica em um barômetro.

IMAGEM 02 - TUDO EM FORMATO "J". Acervo: Ludus Schola

Essas leituras são colocadas numa tabela, encabeçando as colunas com os seguintes títulos: excesso de pressão total (P), volume (V) e P X V, e, se a experiência foi cuidadosamente realizada, observar-se-á que diversos números aparecem na coluna P X V coincidem completamente, isto é, o produto da pressão total pelo volume de um gás constante.

Outra forma de enunciar a lei de Boyle é a seguinte: A pressão e volume de determinada massa são inversamente proporcionais, sempre que sua temperatura se mantenha constante. Esta lei pode ser expressa matematicamente da seguinte forma:

 

IMAGEM 03 - EXPRESSÃO DA LEI DE BOYLE. Criação Ludus Schola

 A lei de Boyle é correta com bastante aproximação, em uma ampla gama de pressões, pelos gases chamados permanentes, tais como o oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. Estes gases só podem liquefazer-se com dificuldade. O mesmo não sucede com os gases que se liquefazem facilmente (por exemplo, amoníaco).