ボイル・マリオットの法則。科学的発見の歴史と本質

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ボイル・マリオットの法則。科学的発見の歴史と本質

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英国の偉大な科学者の研究ボイル新しい化学科学誕生の礎を築いた。彼は化学を独立した科学として選び出し、医学とは異なる独自の方法で解決しなければならない独自の問題、独自の課題があることを示しました。多くの発色反応と沈殿反応を体系化することで、ボイルは分析化学の基礎を築きました。彼はまた、新興の物理化学科学の最初の法則の XNUMX つの著者にもなりました。

ロバート・ボイル (1627-1691) は、初代コーク公爵リチャード・ボイルの XNUMX 人の子供のうちの XNUMX 番目でした。彼はエリザベス女王の時代に生き、外国の土地を接収して領土を拡大した、凶暴で成功した金儲けの人物でした。彼は父親のアイルランドの邸宅の一つであるリズモア城で生まれました。ロバートはそこで幼少期を過ごしました。彼は優れた家庭教育を受け、XNUMX歳でイートン大学の学生になりました。そこで彼は XNUMX 年間学び、その後父親の新しい邸宅であるストルブリッジに向けて出発しました。

当時の慣例に従って、1644 歳のとき、ロバートと彼の兄弟はヨーロッパ旅行に送られました。彼はスイスとイタリアで教育を受け続けることを決意し、そこに XNUMX 年間滞在しました。ボイルは、彼にかなりの財産を残した父親の死後、XNUMX年に初めてイギリスに戻りました。

スタルブリッジに研究所を設立し、1645年の終わりまでに物理学、化学、農芸化学の研究を始めました。ボイルはいくつかの問題に同時に取り組むのが好きでした。彼は通常、アシスタントにその日何をしなければならないかを詳細に説明し、その後、秘書が彼を待っていたオフィスに引退しました。そこで彼は彼の哲学的論文を口述した。

生物学、医学、物理学、化学の問題を扱っている百科事典の科学者、ボイルは、哲学、神学、言語学にそれほど関心を示さなかった。ボイルは実験室での研究を最重要視しました。最も興味深く多様なのは、彼の化学実験でした。彼は、錬金術と医学からスピンオフした化学は、独立した科学になる可能性があると信じていました。

当初、ボイルは花、薬草、地衣類、樹皮、植物の根から煎じ薬を得る作業に従事していました。最も興味深いのは、リトマス苔癬から得られた紫色の注入物でした。酸だと赤に、アルカリだと青に色が変わります。ボイルは紙にこの浸出液を浸して乾燥させるよう注文した。このような紙を試験溶液に浸すと色が変わり、溶液が酸性かアルカリ性かを示しました。これはボイルがすでに指示薬と呼んだ最初の物質の XNUMX つでした。

観察力のある科学者は、溶液の別の性質を見過ごすことができませんでした。硝酸中の銀の溶液に少量の塩酸を加えると、ボイルが「角膜の月」(塩化銀)と呼んだ白い沈殿物が形成されました。この沈殿物を開放容器に放置すると、黒色に変化した。これは分析反応であり、調査中の物質に「月」（銀）が含まれていることを確実に示しています。

若い科学者は、火の普遍的な分析能力を疑い続け、他の分析手段を探しました。彼の長年の研究は、物質が特定の試薬の影響を受けると、より単純な化合物に分解できることを示しました。特定の反応を使用して、これらの化合物を決定することができました。いくつかの物質は着色された沈殿物を形成し、他の物質は特徴的な臭いのあるガスを放出し、他の物質は着色された溶液などを生成しました。それは、分析化学の発展に弾みをつけた新しい働き方でした。

1654 年、科学者はオックスフォードに移り、助手のヴィルヘルム・ゴンベルクと共に実験を続けました。研究は、物質を体系化し、それらの特性に従ってグループに分類するという XNUMX つの目標に還元されました。

ゴンバーグの後、若い物理学者のロバートフックが彼の助手になりました。彼らは主にガスと光の粒子説の開発に研究を捧げました。

ドイツの物理学者オットー・ゲリケの研究について科学出版物から学んだボイルは、彼の実験を繰り返すことに決め、この目的のためにエアポンプのオリジナルのデザインを発明しました。このマシンの最初の例は、フックの助けを借りて構築されました。研究者は、ポンプで空気をほぼ完全に除去することができました。しかし、空の容器にエーテルが存在することを証明しようとする試みはすべて失敗に終わりました。

「エーテルはありません」とボイルは締めくくった。彼はラテン語で「空」を意味する空の空間を真空と呼ぶことにしました。

1660年、ボイルは自分の敷地内で、最初の主要な科学的著作「空気の重さとその発現に関する新しい物理機械実験」を完成させた。次の本は『懐疑的な化学者』でした。これらの本の中で、ボイルは、ほぼ XNUMX 年にわたって存在したアリストテレスの XNUMX つの要素に関する教義、デカルトの「エーテル」、および錬金術の XNUMX つの原則に一切の石を傾けませんでした。当然のことながら、この作品はアリストテレスやカルトゥジオの信奉者からの激しい攻撃を引き起こしました。しかし、ボイルはその経験に頼っていたため、彼の証拠は否定できませんでした。微粒子理論の信奉者である科学者のほとんどは、ボイルの考えを熱心に受け入れました。彼のイデオロギー的な反対者の多くも、この科学者の発見を認めざるを得なくなりました。

若い物理学者のリチャード・タウンリーがオックスフォード研究所の新しい助手になります。ボイルは彼と一緒に、物理学の基本法則の1662つを発見し、ガスの体積の変化が圧力の変化に反比例することを確立しました。これは、容器の容積の変化を知ることで、ガス圧の変化を正確に計算することが可能であることを意味しました。この発見はXNUMX世紀の最大の発見でした。ボイルはXNUMX年に最初にそれを説明し（「空気の弾力性と重量の教義を擁護して」）、それを控えめに仮説と呼んだ。

現在の圧力の概念に対応する空気弾性の概念は、ボイルの実験の計画と実施において決定的なものでした。

「空気の弾力性」と Gliozzi は書いています。パスカル実験アカデミーとゲリッケによって繰り返された実験で。気泡は、気圧チャンバーまたは真空タンクに入れると膨張します。 1651つのCommunicationVesselを使用したGuerickeの実験も、空気の弾性を証明しています。「弾性の理論は、説明した空気を使用した実験から生まれたものです。この用語は、XNUMX年にPekkeによって導入され、Boyleによって広く使用されました。また、固体の弾性に関する最初の研究も行いました。

フランチェスコ・リノ（1595-1675）は、ファブリーによって提唱されたアイデアを本質的に擁護したそのような理解に反対し、トリチェリ効果とポンプによる水の吸引を「水と空気の「引っ掛かった」粒子が互いに衝突します。 1660年に出版された彼の作品「ガラス管中の水銀の実験について...」で、リノは、両端が開いている管を水銀に下げ、次に上端を指で覆い、管を部分的に引っ張ると述べています水銀がなくなると、指の腹がチューブに引き込まれているように感じられます。この魅力はさらに、外部の大気圧ではなく、一端が指に、他端が水銀柱に付着した物質の目に見えない糸（「フニクル」）による内力を証明しているとリノは主張します。

現在、そのようなアイデアは笑顔だけを引き起こしますが、ボイルは彼の作品「リノに対する防衛」で真剣に検討する必要がありました。彼は、空気の弾力性が単に「トリセリンの柱」を保持する以上の能力があることを証明することを目指しています.

ボイルは彼の研究を非常に詳細に説明しています.この短いエルボでは ... 気密封止されていました. 短いエルボは、その全長に沿ってインチに分割され (それぞれも29つの部分に分割されます)、分割が印刷された紙片を使用して慎重に接着されました.テレビ。同じ紙片が長い膝に接着されました。次に、「サイフォンの半円形または湾曲した部分を満たすような量の水銀がチューブに注がれ」、両方の膝が同じ高さになりました。「これが完了すると、長い脚に水銀を追加し始めました...短い脚の空気が圧縮によって元の体積の半分しか占めないようになるまで...長い脚に目を向け続けましたパイプの...そして、この長いエルボの水銀が他のエルボよりもXNUMXインチ高いことに気付きました。」

これらの実験を要約すると、ボイルは次のように述べています。時々、空気はいくらか圧縮されているように見えましたが、そこから結論を引き出すことができるほどではありませんでした。次に、熱が以前の寒さよりも作用するかどうかも試しました。」

興味深いことに、研究から結論を導き出したのはボイルではなく、タウンリーでした。ボイルは、リチャード・タウンリーが彼の著書「空気の弾性に関する新しい物理機械実験」の初版を読んで、「圧力と伸びは互いに反比例する」という仮説を立てたことを指摘しています。

Ya.G. ドーフマンは次のように書いている。「ボイルによるこれらの研究の発表から 1679 年後、すなわち 1673 年に、アボットエドメマリオットの「空気の性質に関するスピーチ」がフランスで登場しました。 . 圧力との関係が説明されました. 空気と占有体積. マリオットは、ボイルの空気圧に関する研究をまったく知らなかったかのように、彼の前任者について一言も言及していません. 一方、ボイルの作品は広く知られていました.それらはラテン語と英語で出版されました.しかし、マリオットは初めて彼の前任者に言及することを忘れませんでした。同じように、XNUMX年に衝突に関する研究で、彼はその研究について一言も言わなかったからですホイヘンス、後者から実験の方法論だけでなく、理論の基礎も借りています。

マリオットの仕事は、実験の徹底性に関してボイルの仕事よりもかなり劣っています。ボイルは、私たちが見てきたように、水銀柱の高さをXNUMX分のXNUMXインチまで測定し、実際の観測値を計算と比較し、測定における避けられないエラーを指摘します。マリオットは水銀柱の高さをインチ単位で測定し、実験データが計算されたデータと厳密に一致していることを報告することに限定しています。慎重かつ批判的なボイルは、彼が発見した法則を、実験的確認を必要とする「仮説」のみと呼んでいます。マリオットはそれを自然の法則または規則と宣言しています。したがって、公平を期すために、「ボイル-マリオットの法則」は「ボイル-タウンリーの法則」または「ボイル-タウンリー-フック」と呼ばれるべきです。残念ながら、物理学のコースでは、マリオットがボイルの研究を「洗練した」と誤って述べられることがありますが、これは完全に真実ではありません。

それにもかかわらず、法律のさまざまな適用を予測したのはマリオット (1620–1684) でした。その中で最も重要だったのは、気圧計のデータからその場所の高さを計算することでした。微量の操作によって実行された計算は、科学者の弱い数学的訓練のために失敗につながりました。

その後、1686 年にイギリスの天文学者エドモンド・ハレー (1656–1742) が大気圧から高度を決定する問題に目を向けました。彼は、発見した彗星によってほとんどの読者に知られ、彼の名前が付けられています。したがって、Halley は、温度の変化を考慮しなければ、本質的に正しい式を見つけました。ハレーの式の本質は、高度が算術数列で増加するにつれて、大気圧が指数関数的に減少するというステートメントに要約されます。

著者: サミン D.K.

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