최종 업데이트: 2026-07-01

보일 법칙이 설명하는 것

보일 법칙은 기체에 관한 가장 초기의 정량적 발견 가운데 하나를 담고 있습니다. 온도가 고정되면 갇힌 기체의 압력은 부피가 줄어들 때 올라가고, 그 반대도 성립합니다. 시료를 더 작은 공간으로 압축하면 분자들이 벽에 더 자주 부딪혀 압력이 오르고, 팽창시키면 압력이 내려갑니다. 로버트 보일은 1662년에 이 반비례 관계를 확립했으며, 오늘날에도 기초 화학과 물리학의 초석으로 남아 있습니다.

공식

일정한 양의 기체를 온도가 일정하게 유지할 때, 압력과 부피의 곱은 변하지 않습니다.

$$P_1 V_1 = P_2 V_2$$

식을 정리하면 미지의 양을 분리할 수 있습니다.

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

기호	물리량	단위
P₁	처음 압력	kPa (또는 atm, bar, mmHg)
V₁	처음 부피	L (또는 mL)
P₂	나중 압력	kPa (또는 atm, bar, mmHg)
V₂	나중 부피	L (또는 mL)

이 법칙은 비의 관계이므로 두 압력은 같은 단위, 두 부피는 같은 단위이기만 하면 됩니다. 온도와 기체의 양은 일정하게 유지되어 상쇄되므로 식에 나타나지 않습니다.

풀이 예제

어떤 기체가 101.325 kPa에서 2.0 L를 차지합니다. 온도를 일정하게 유지한 채 부피가 1.0 L가 될 때까지 압축했습니다. 새로운 압력은 얼마일까요?

1. 아는 값을 정리한다: P₁ = 101.325 kPa, V₁ = 2.0 L, V₂ = 1.0 L.
2. 미지수에 대해 정리한다: P₂ = P₁V₁ ÷ V₂.
3. 대입한다: P₂ = (101.325 × 2.0) ÷ 1.0 = 202.65 kPa.

부피를 절반으로 줄이면 압력이 두 배가 되며, 이는 반비례 관계가 예측하는 그대로입니다.

반비례 관계의 실제

압력과 부피의 곱이 상수가 되므로 한쪽을 다른 쪽에 대해 그리면 쌍곡선이 됩니다. 부피가 0에 가까워지면 압력은 한없이 커지고, 부피가 커지면 압력은 0에 가까워집니다. 이는 일상적인 관찰을 설명합니다. 주사기는 피스톤이 나아갈수록 밀기 어려워지고, 물속에서 올라오는 기포는 주위 압력이 낮아지면서 부풀어 오릅니다.

부피 (L)	압력 (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

마지막 열이 일정하게 유지되는 것이 보일 법칙의 특징입니다.

단순한 형태가 성립하지 않을 때

보일 법칙은 이상적인 거동과 엄격히 일정한 온도를 전제합니다. 기체의 응축점 근처나 매우 높은 압력에서는 분자 간 힘과 분자의 유한한 크기 때문에 측정 가능한 편차가 생기며, 반데르발스 방정식과 같은 실제 기체 모형이 더 정확한 추정을 줍니다. 과정에서 온도도 변한다면 압력과 부피의 곱이 더 이상 일정하지 않으므로 결합 기체 법칙이 알맞은 도구입니다.

관련 계산

보일 법칙은 샤를 법칙(압력 일정)과 게이뤼삭 법칙(부피 일정)과 함께 결합 기체 법칙의 한 갈래입니다. 두 상태의 비교가 아니라 몰수와 같은 절대적인 양이 필요할 때는 이상 기체 상태 방정식 PV = nRT가 출발점이 되며, 기체의 몰 부피는 측정한 부피를 몰수와 이어 줍니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

보일 법칙이란 무엇인가요?

보일 법칙은 일정한 양의 기체를 온도가 일정하게 유지할 때 압력과 부피가 반비례한다는 법칙입니다: P₁V₁ = P₂V₂. 기체를 부피의 절반으로 압축하면 압력은 두 배가 되고, 부피의 두 배로 팽창시키면 압력은 절반이 됩니다. 네 값 중 세 개를 알면 나머지 하나는 식에서 바로 구할 수 있습니다.

보일 법칙에서는 어떤 단위를 쓸 수 있나요?

이 법칙은 비의 관계이므로 두 압력은 같은 단위, 두 부피는 같은 단위이기만 하면 서로 상쇄됩니다. 이 계산기는 압력을 킬로파스칼, 기압, 바, 수은주 밀리미터로, 부피를 리터 또는 밀리리터로 입력할 수 있으며 내부에서 단위를 맞추어 계산합니다.

보일 법칙은 결합 기체 법칙과 어떤 관계인가요?

보일 법칙은 결합 기체 법칙(P₁V₁ ÷ T₁ = P₂V₂ ÷ T₂)에서 온도가 변하지 않는 특수한 경우입니다. T₁ = T₂이면 온도 항이 상쇄되어 식은 P₁V₁ = P₂V₂로 간단해집니다. 과정에서 온도도 변한다면 대신 결합 기체 법칙을 사용하세요.

보일 법칙에서는 왜 온도를 일정하게 유지해야 하나요?

단순한 반비례 관계는 온도(그리고 기체의 양)가 일정할 때만 성립합니다. 기체를 가열하면 에너지가 더해져 보일 관계와 무관하게 압력과 부피가 변하므로 P₁V₁ = P₂V₂가 더 이상 성립하지 않습니다. 온도가 일정한 과정을 등온 과정이라고 하며, 보일 법칙은 바로 이 경우를 설명합니다.