Бойлийн хууль нь тогтмол температурт хийн даралт ба эзэлхүүний хоорондын хамаарлыг тодорхойлдог физикийн үндсэн зарчим юм. Энэ нь янз бүрийн нөхцөлд хий хэрхэн ажилладагийг ойлгоход тусалдаг хийн хуулиудын нэг юм.
Температурыг тогтмол байлгах үед өгөгдсөн хэмжээний хийн даралт нь түүний эзэлхүүнтэй урвуу пропорциональ байна гэж Бойлийн хуульд заасан байдаг. Математикийн хувьд энэ хамаарлыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.
\( P \propto \frac{1}{V} \)Эсвэл үүнтэй адил:
\( P \cdot V = k \)хаана:
Уг хуулийг анх 17-р зуунд Англи-Ирландын химич, физикч Роберт Бойл боловсруулсан. Бойл нэг үзүүрээр нь битүүмжилсэн J хэлбэрийн хоолой ашиглан туршилт хийсэн. Тэрбээр хоолой руу нээлттэй үзүүрээс мөнгөн ус асгасан бөгөөд энэ нь богино, битүүмжилсэн гарт тодорхой хэмжээний агаарыг барьжээ. Мөнгөн ус нэмж, улмаар хийн даралтыг нэмэгдүүлснээр Бойл хийн эзэлхүүн буурч байгааг ажиглав. Эдгээр туршилтуудаар Бойл температурыг тогтмол байлгах тохиолдолд хийн даралт нь түүний эзэлхүүнтэй урвуу хамааралтай болохыг олж мэдэв.
Бойлийн хууль нь өдөр тутмын амьдрал болон шинжлэх ухааны янз бүрийн салбарт олон практик хэрэглээтэй байдаг. Энд зарим жишээ байна:
Бойлийн хуулийг харуулах энгийн туршилтанд тариур, зефир орно. Тариур дотор зефир хийж, тариурын хошууг битүүмжлэх нь поршег хөдөлгөж тариурын доторх эзлэхүүнийг өөрчлөх боломжийг олгоно. Эзлэхүүн буурах үед доторх даралт нэмэгдэж, энэ нь зефирийг шахдаг. Эзлэхүүн нэмэгдэхэд даралт буурч, зефир өргөсдөг. Энэхүү харааны үзүүлбэр нь Бойлийн хуулиар тодорхойлсон даралт ба эзэлхүүний хоорондын урвуу хамаарлыг харуулж байна.
Бойлийн хуулийг математикийн хувьд судлахын тулд хий нь \ \(1 \, \textrm{атм}\) даралтын дор \(2 \, \textrm{Л}\) эзэлхүүнийг эзэлдэг жишээг авч үзье. Температурыг тогтмол байлгахын зэрэгцээ эзлэхүүнийг \(1 \, \textrm{Л}\) хүртэл бууруулбал бид Бойлийн хуулийг ашиглан шинэ даралтыг тооцоолж болно. \( P_1 \cdot V_1 = P_2 \cdot V_2 \) тэгшитгэлийг ашиглан \(P_1\) ба \(V_1\) нь анхны даралт ба эзэлхүүн, \(P_2\) ба \(V_2\) нь эцсийн даралт ба эзэлхүүнийг бид дараахь зүйлийг олно.
\( P_2 = \frac{P_1 \cdot V_1}{V_2} \)Өгөгдсөн утгыг орлуулах:
\( P_2 = \frac{1 \, \textrm{атм} \cdot 2 \, \textrm{Л}}{1 \, \textrm{Л}} = 2 \, \textrm{атм} \)Энэ үр дүн нь хийн эзэлхүүнийг хоёр дахин багасгах нь (температурыг тогтмол байлгах үед) түүний даралтыг хоёр дахин нэмэгдүүлдэг болохыг харуулж байна.
Бойлийн хуулийг мөн графикаар дүрсэлж болно. Тогтмол температурт хийн даралт ба эзэлхүүний хоорондын хамаарлыг графикаар зурвал гипербола болно. Хэрэв даралтыг у тэнхлэг дээр, эзэлхүүнийг х тэнхлэг дээр зурвал муруй буурах бөгөөд энэ нь эзэлхүүн нэмэгдэхийн хэрээр даралт буурах ба эсрэгээр байгааг харуулж байна.
Үүний нэгэн адил, у тэнхлэг дээрх эзэлхүүнийг х тэнхлэг дээрх даралтын урвуутай харьцуулбал үр дүн нь эзэлхүүн ба урвуу даралтын хоорондох шууд пропорциональ байдлыг харуулсан шулуун шугам болно.
Бойлийн хууль нь хийн үйл ажиллагааг ойлгох үндсэн зарчим боловч тодорхой таамаглалтай байдаг.
Бодит хэрэглээнд хийнүүд, ялангуяа даралт, температурын эрс тэс нөхцөлд үргэлж тохиромжтой байдаггүй. Гэсэн хэдий ч Бойлийн хууль нь олон практик нөхцөл байдалд хийн төлөв байдлын үнэ цэнэтэй ойролцоо дүгнэлтийг өгдөг.
Бойлийн хууль нь хийн хуулиудын тулгын чулуу бөгөөд тогтмол температурын нөхцөлд хийн даралт ба эзэлхүүний хоорондын хамаарлыг тодорхой дүрсэлсэн байдаг. Энэ нь шинжлэх ухааны болон бодит ертөнцийн янз бүрийн хэрэглээнд хийн үйл ажиллагааг ойлгох, урьдчилан таамаглахад чухал ач холбогдолтой юм. Математик тэгшитгэл, график дүрслэл, энгийн туршилтуудын тусламжтайгаар бид Бойлийн хуулийн физик ертөнц дэх ач холбогдлыг судалж, үнэлж чадна.
