透過繪製p和v之間的圖形，研究恆溫條件下空氣樣品的體積隨壓力的變化。

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介紹

波義耳定律的理論基於幾種氣體的性質及其定律。對於任何氣體物質，都指出氣體物質沒有固定的形狀或體積，它似乎會適應其所處容器的形狀。氣體的主要宏觀性質包括其體積、壓力、質量和溫度。所有這些氣體的性質都可以透過動力學理論輕鬆解釋，其中考慮了氣體的各自運動和分子組成。

波義耳定律的理論

在定義波義耳定律理論之前，需要解釋氣體定律。氣體定律的定義是為了顯示氣體宏觀性質之間存在錯綜複雜的關係（Lin *等*，2021）。然而，波義耳定律理論指出，在給定氣體物質的壓力降低時，會觀察到該氣體物質的體積增加。

圖1：波義耳定律裝置

該定律進一步指出，給定質量的氣體的壓力被認為與其體積成反比。當給定質量氣體的溫度保持恆定時，就會觀察到這種情況。

目標和所需的儀器

本實驗的目的是確定壓力和體積的變化，即給定空氣樣品中觀察到的宏觀性質。但是，應在給定空氣樣品的溫度保持恆定的條件下進行此實驗（Amrita.olabs.edu，(2022)）。此外，將在本實驗中確定的壓力和體積變化之間繪製圖形。在本實驗中，所需的儀器包括波義耳定律裝置、垂線、福廷氣壓計、一對直角三角板和最後是溫度計。

實驗室程式

必須遵循某些實驗室程式，如下所示。首先，將裝置垂直設定並用沉重的金屬底座和用於平整的螺釘支撐。垂線用於測試所用裝置。管A包含封閉的空氣，汞位於管B中，大氣壓力應在福廷氣壓計中與溫度一起記錄。

圖2：管AB中空氣的壓力 = H + h

將記錄管A的體積，該體積是刻度的。但是，移動管A和B以記錄在空氣樣品的壓力和體積中觀察到的變化。

觀察結果

汞柱高度位置		壓差 (p) (cm)管A和管B	空氣壓力 P = P0+p (釐米汞柱)	空氣體積 V (cm3)	1/V (cm-1)	PV
在管A中 (cm)	在管B中 (cm)

表1：研究體積隨壓力的變化

結果

根據研究體積隨壓力變化的觀察結果，PV保持恆定。這主要是由於在過程中應用了波義耳定律。這裡，PV 圖形呈雙曲線狀，最終有助於滿足 PV 與恆定壓力之間的相等關係。

圖3：波義耳定律

這也滿足了關係 $\mathrm{P \varpropto 1/V}$，這有助於研究體積隨壓力的變化。

預防措施

關於體積變化的研究需要遵循一些預防措施，才能成功進行研究。首先，需要以最大的真實性繪製圖形。之後，應注意木板是否垂直，並在測試過程中正確使用汞和直角三角板（Kim、Kim & Han，2021）。在此之後立即，需要從實驗開始到結束計算大氣壓。

結論

關於空氣壓力下體積的研究包含了波義耳定律，其中體積和壓力彼此成反比。在研究過程中，需要保持管A在新鮮空氣中純淨乾燥，以保持最大的真實性。結果可以在 PV 圖形為一條斜率為正的直線的部分得出結論。

常見問題

Q1. 當溫度恆定時，變化的體積如何影響壓力？

答：變化的體積和壓力之間存在比例關係，其中所含氣體的逐漸減少會增加壓力，而體積的增加會降低壓力。在研究這兩個因素之間的變化時，這兩個因素的過程似乎相反。

Q2. 當對氣體施加壓力時，氣體的體積如何變化？

答：當對氣體施加一定壓力時，氣體的體積會成比例地變化。對氣體施加壓力後，它會立即增加，從而導致氣體體積減小。

Q3. 壓力對體積的增加和減少有任何影響嗎？

答：當氣體的體積減小時，氣體粒子開始與容器壁碰撞。在這種情況下，壁上的粒子開始施加力，最終控制體積的增加和減少。

Q4. 在驗證體積隨壓力變化的過程中，一些可能的誤差來源是什麼？

答：驗證過程存在重大的誤差來源，例如在管A中使用不純淨的空氣。此外，裝置的窄底座和穩定性差可能是主要的誤差來源。