آخر تحديث: 2026-07-01

ما يصفه قانون بويل

يسجّل قانون بويل واحدة من أوائل الاكتشافات الكمية عن الغازات: عند ثبوت درجة الحرارة، يرتفع ضغط الغاز المحبوس كلما قلّ حجمه، والعكس صحيح. فعند ضغط عينة في حيّز أصغر تصطدم الجزيئات بالجدران بوتيرة أعلى فيرتفع الضغط، وعند تركها تتمدد ينخفض الضغط. أثبت روبرت بويل هذه العلاقة العكسية عام 1662، وما زالت ركيزة في الكيمياء والفيزياء التمهيدية.

الصيغة

بالنسبة لكمية ثابتة من الغاز عند درجة حرارة ثابتة، يبقى حاصل ضرب الضغط في الحجم ثابتًا:

$$P_1 V_1 = P_2 V_2$$

وبإعادة الترتيب تُعزل الكمية المجهولة:

$$P_2 = \frac{P_1 V_1}{V_2}, \qquad V_2 = \frac{P_1 V_1}{P_2}$$

الرمز	الكمية	الوحدة
P₁	الضغط الابتدائي	kPa (أو atm، bar، mmHg)
V₁	الحجم الابتدائي	L (أو mL)
P₂	الضغط النهائي	kPa (أو atm، bar، mmHg)
V₂	الحجم النهائي	L (أو mL)

بما أن القانون نسبة، يكفي أن يشترك الضغطان في وحدة واحدة، وكذلك الحجمان. أما درجة الحرارة وكمية الغاز فلا تظهران أبدًا، لأنهما تبقيان ثابتتين وتُختصران.

مثال محلول

يشغل غاز حجمًا قدره 2.0 L عند ضغط 101.325 kPa. جرى ضغطه عند درجة حرارة ثابتة حتى صار حجمه 1.0 L. ما الضغط الجديد؟

1. حدّد المعطيات: P₁ = 101.325 kPa، V₁ = 2.0 L، V₂ = 1.0 L.
2. أعد الترتيب لإيجاد المجهول: P₂ = P₁V₁ ÷ V₂.
3. عوّض: P₂ = (101.325 × 2.0) ÷ 1.0 = 202.65 kPa.

يؤدي تنصيف الحجم إلى مضاعفة الضغط، تمامًا كما تتنبأ العلاقة العكسية.

العلاقة العكسية في الممارسة

بما أن حاصل ضرب الضغط في الحجم ثابت، فإن رسم أحدهما مقابل الآخر يعطي قطعًا زائدًا: فحين يقترب الحجم من الصفر يزداد الضغط بلا حد، وحين يكبر الحجم يقترب الضغط من الصفر. ويفسّر هذا مشاهدات يومية: يصبح دفع المحقنة أصعب كلما تقدم المكبس، وتنتفخ الفقاعة الصاعدة في الماء لأن الضغط المحيط بها يقل.

الحجم (L)	الضغط (kPa)	P × V (kPa·L)
2.0	101.325	202.65
1.0	202.65	202.65
0.5	405.30	202.65
4.0	50.66	202.65

يبقى العمود الأخير ثابتًا، وهذه هي بصمة قانون بويل.

متى تتوقف الصيغة البسيطة عن الصحة

يفترض قانون بويل سلوكًا مثاليًا ودرجة حرارة ثابتة تمامًا. فقرب نقطة تكاثف الغاز، أو عند الضغوط العالية جدًا، تسبّب القوى بين الجزيئية والحجم المحدود للجزيئات انحرافات قابلة للقياس، ويعطي نموذج غاز حقيقي مثل معادلة فان دير فالس تقديرًا أدق. وإذا تغيرت درجة الحرارة أيضًا أثناء العملية، لم يعد حاصل ضرب الضغط في الحجم ثابتًا، ويكون قانون الغاز المشترك هو الأداة المناسبة.

حسابات ذات صلة

قانون بويل فرع من قانون الغاز المشترك، إلى جانب قانون شارل (ضغط ثابت) وقانون غاي-لوساك (حجم ثابت). وعندما تحتاج إلى كمية مطلقة مثل عدد المولات بدلًا من مقارنة بين حالتين، يكون قانون الغاز المثالي PV = nRT هو نقطة الانطلاق، ويربط الحجم المولي للغاز بين حجم مقيس وكمية بالمولات.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ما هو قانون بويل؟

ينص قانون بويل على أن ضغط كمية ثابتة من الغاز وحجمها يتناسبان عكسيًا عند ثبوت درجة الحرارة: P₁V₁ = P₂V₂. فضغط الغاز إلى نصف حجمه يضاعف ضغطه، وتركه يتمدد إلى ضعف الحجم يخفض الضغط إلى النصف. وإذا عُرفت ثلاث من القيم الأربع، تُستنتج الرابعة مباشرة من المعادلة.

ما الوحدات التي يمكن استخدامها في قانون بويل؟

بما أن القانون نسبة، يكفي أن يشترك الضغطان في الوحدة نفسها، وكذلك الحجمان، فتُختصر الوحدات. تتيح هذه الحاسبة إدخال الضغط بالكيلوباسكال أو الجو أو البار أو ملّيمتر الزئبق، والحجم باللتر أو المللتر، مع تحويل داخلي لضمان اتساق النتيجة.

ما علاقة قانون بويل بقانون الغاز المشترك؟

قانون بويل هو الحالة الخاصة من قانون الغاز المشترك (P₁V₁ ÷ T₁ = P₂V₂ ÷ T₂) التي لا تتغير فيها درجة الحرارة. فعندما تكون T₁ = T₂ تُختصر حدود درجة الحرارة ويختزل التعبير إلى P₁V₁ = P₂V₂. وإذا تغيرت درجة الحرارة أيضًا أثناء العملية، فاستخدم قانون الغاز المشترك بدلًا منه.

لماذا يجب أن تبقى درجة الحرارة ثابتة في قانون بويل؟

لا تصح العلاقة العكسية البسيطة إلا عند ثبوت درجة الحرارة (وكمية الغاز). فتسخين الغاز يضيف طاقة تغيّر الضغط والحجم بمعزل عن علاقة بويل، فلا تعود المعادلة P₁V₁ = P₂V₂ متزنة. وتُسمى العملية التي تجري عند درجة حرارة ثابتة عملية متساوية الحرارة، وهي بالضبط ما يصفه قانون بويل.