Analizando o reproduciendo el experimento de Boyle que involucra al aire es posible determinar que, de haber una temperatura constante en un gas, su volumen resulta proporcionalmente inverso a la presión ejercida sobre él.
La ley de Boyle es un postulado que vincula a la presión y al volumen de un determinado nivel de gas que se mantiene a temperatura constante.
Este contenido surgió en 1662 por impulso de Robert Boyle, un teólogo, inventor, físico, filósofo y químico al cual se señala como precursor de la química moderna. Años más tarde, de manera independiente, su colega francés Edme Mariotte llegó al mismo hallazgo, con el agregado de que este último pudo descubrir que el volumen del aire evidencia cambios a raíz de la temperatura. En base a los aportes de ambos, en ocasiones se cita a este principio como ley de Boyle-Mariotte.
Se trata de un razonamiento que se centra en la relación inversa que mantienen tanto el volumen como la presión de un gas a temperatura constante en un contenedor cerrado y está, por lo tanto, nucleado en el conjunto de las leyes de los gases. Al respecto es interesante mencionar que dentro de este grupo aparecen, por ejemplo, la ley de Avogadro y la ley de Charles (bautizada también como ley de los volúmenes).
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ResumenSurgimiento de la ley de Boyle
Durante el siglo XVII, Henry Power y Richard Towneley buscaron probar la existencia de una relación entre volumen y presión. Tomando como punto de partida ese trabajo, Robert Boyle llevó a cabo experimentos y se encargó de publicar oficialmente sus conclusiones y resultados, constituyendo así la denominada ley de Boyle. Esta fue la primera de las leyes físicas en ser expresada como una ecuación orientada a describir la relación entre un par de cantidades variables.
De acuerdo a algunos analistas fue un asistente de Robert, un científico de nacionalidad inglesa llamado Robert Hooke, quien se encargó de desarrollar, gestionar y aprovechar el dispositivo clave para el proceso de investigación y experimentación, un aparato que quedó en la Historia catalogado como la bomba de aire de Boyle.
Es oportuno resaltar que, desde la perspectiva de Boyle, el aire consistía en un tipo de fluido a base de partículas en estado de reposo distribuidas entre diminutos resortes de carácter invisible. Y su intención, según ha trascendido con el correr del tiempo, fue probar que uno de los elementos esenciales para la vida es el aire.
Sus hallazgos se anticiparon a los mismos descubrimientos que le dieron notoriedad al francés Edme Mariotte en 1679. Y todavía faltaban más aportes valiosos para ampliar los saberes humanos sobre el tema, como los efectuados por Isaac Newton, Daniel Bernoulli, Ludwig Boltzmann y James Clerk Maxwell.
Implicaciones y aplicaciones
El contenido de la ley de Boyle posee un alcance considerable que abarca a diversas áreas de estudio y aplicaciones varias. En el hogar se puede comprobar rápidamente el fenómeno al cual alude apelando a un sencillo experimento que involucra a una botella de plástico, un recipiente lleno de agua y un globo.
Este postulado consigue visibilidad, por otra parte, al analizar el ciclo de la respiración humana. Es necesario para el mecanismo respiratorio, específicamente, que haya un cambio de presión en el interior de los pulmones para que el aire pueda ingresar y salir. Al expandirse el tórax gracias a que los músculos implicados en la inspiración se contraen, la presión alveolar queda debajo del nivel de la presión atmosférica y así un flujo de aire resulta atraído hacia cada pulmón. Y en la misma sintonía aparece como asunto relacionado la importancia de la ley de Boyle para quienes practican buceo, ya que le da una explicación a las sensaciones que se experimentan al ir descendiendo hasta llegar a aguas muy profundas. En este contexto es necesario, asimismo, tener en cuenta la flotabilidad (es decir, la capacidad que posibilita que determinados cuerpos consigan estar sostenidos dentro de diversos fluidos), la cual puede alterarse al modificarse el volumen.
Tampoco se puede pasar por alto que este principio se plasma incluso en el sistema airbag presente en numerosos medios de transporte. Gracias a este mecanismo asociado a la seguridad de los individuos que se trasladan en el interior de un vehículo, frente a un golpe o choque una bolsa de aire se infla con rapidez a fin de poder absorber el impacto.
La teoría de la ley de Boyle se comprende en la práctica, por ejemplo, al analizar los fenómenos que ocurren en una inmersión, cuando los buzos van descendiendo hasta una cierta profundidad y hay que considerar, en ese marco, al aire, la presión, etc.
Conexiones entre la ley de Boyle y otros postulados
La ley de Boyle tiene puntos de comparación y similitudes con distintos postulados. El físico e ingeniero Émile Clapeyron, un francés conocido mundialmente por sus contribuciones a la termodinámica moderna, por ejemplo, pudo caracterizar a los llamados gases perfectos valiéndose de datos sobre el volumen, la presión y la temperatura procedentes tanto de la ley de Boyle como de la ley de Charles.
La ley de Charles (la cual le rinde tributo desde su nombre a Jacques Charles, su principal impulsor), vale aclarar, presenta una raíz experimental y se focaliza en la expansión de los gases al ir incrementándose sus temperaturas, señalando al mismo tiempo que el volumen disminuye al ir reduciéndose la marca térmica. Según se ha determinado, no tiene efecto al trabajar con una presión elevada.
Cada gas, de acuerdo a la teoría cinética, se conforman de microscópicas partículas que, a medida que se exponen a una temperatura mayor, se movilizan en múltiples direcciones, generándose en este marco un incremento del volumen y, simultáneamente, una reducción de la densidad.
La ley de Gay-Lussac, por último, también se ocupa del volumen y la presión de los gases, pero por lo general está reservada a una apreciación que analiza a la temperatura y la presión de un cierto gas ideal estudiado a un volumen constante. Y ya que citamos a la categoría de gas ideal, es conveniente indicar que los gases suelen adoptar un comportamiento propio de un gas ideal en un amplio rango de presiones al llegarse al nivel señalado como temperatura de Boyle.
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