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가장 중요한 과학적 발견
보일-마리오트 법칙. 과학적 발견의 역사와 본질
위대한 영국 과학자의 연구 보일 새로운 화학과학 탄생의 기틀을 마련했습니다. 그는 화학을 독립적인 과학으로 꼽았고 화학에는 의학과는 다른 고유한 방법으로 해결해야 하는 고유한 문제와 과제가 있음을 보여주었습니다. 수많은 색 반응과 침전 반응을 체계화함으로써 Boyle은 분석 화학의 토대를 마련했습니다. 그는 또한 떠오르는 물리 및 화학 과학의 첫 번째 법칙 중 하나의 저자가 되었습니다. Robert Boyle (1627-1691)은 엘리자베스 여왕 시대에 살았고 외국 땅을 압수하여 그의 땅을 곱한 사납고 성공적인 돈을 모으는 첫 번째 Cork 공작 Richard Boyle의 열네 자녀 중 열세 번째였습니다. 그는 아버지의 아일랜드 영지 중 하나인 리스모어 성에서 태어났습니다. 그곳에서 로버트는 어린 시절을 보냈습니다. 그는 훌륭한 가정 교육을 받았으며 XNUMX세에 Eton University의 학생이 되었습니다. 그곳에서 그는 XNUMX년 동안 공부한 후 아버지의 새 영지인 스톨브리지로 떠났습니다. 당시 관례대로 1644세 때 로버트와 그의 형제는 유럽으로 여행을 떠났습니다. 그는 스위스와 이탈리아에서 교육을 계속하기로 결정하고 그곳에서 XNUMX년 동안 머물렀습니다. Boyle은 상당한 재산을 남긴 아버지가 사망 한 후 XNUMX 년에야 영국으로 돌아 왔습니다. Stallbridge에서 그는 실험실을 세웠고 1645년 말에 물리학, 화학 및 농업 화학에 대한 연구를 시작했습니다. Boyle은 여러 문제를 동시에 작업하는 것을 좋아했습니다. 그는 보통 비서들에게 그날해야 할 일을 자세히 설명하고 비서가 그를 기다리고있는 사무실로 물러났습니다. 그곳에서 그는 자신의 철학 논문을 구술했습니다. 생물학, 의학, 물리학 및 화학의 문제를 다루는 백과 사전 과학자 보일은 철학, 신학 및 언어학에 그다지 관심을 보이지 않았습니다. Boyle은 실험실 연구를 가장 중요하게 생각했습니다. 가장 흥미롭고 다양한 것은 그의 화학 실험이었습니다. 그는 연금술과 의학에서 분리된 화학이 독립적인 과학이 될 수 있다고 믿었습니다. 처음에 Boyle은 꽃, 약초, 이끼, 나무 껍질 및 식물 뿌리에서 주입을 얻는 데 종사했습니다. 가장 흥미로운 것은 리트머스 이끼에서 얻은 보라색 주입이었습니다. 산은 붉은색으로, 알칼리는 푸른색으로 변했습니다. Boyle은 종이에 이 주입액을 적신 다음 말리라고 명령했습니다. 시험 용액에 담근 종이 조각은 색이 변하고 용액이 산성인지 알칼리성인지 보여줍니다. Boyle이 이미 지표라고 부르는 최초의 물질 중 하나였습니다. 관찰력있는 과학자는 용액의 또 다른 특성을 지나칠 수 없었습니다. 질산의은 용액에 약간의 염산을 첨가하면 보일이 "달 각막"(염화은)이라고 부르는 흰색 침전물이 형성되었습니다. 이 침전물이 열린 용기에 남아 있으면 검게 변했습니다. 연구 중인 물질에 "달"(은)이 포함되어 있음을 확실하게 보여주는 분석 반응이었습니다. 젊은 과학자는 불의 보편적인 분석 능력을 계속 의심하고 다른 분석 수단을 찾았습니다. 그의 수년간의 연구는 물질이 특정 시약의 영향을 받을 때 더 단순한 화합물로 분해될 수 있음을 보여주었습니다. 특정 반응을 사용하여 이러한 화합물을 결정할 수 있었습니다. 일부 물질은 유색 침전물을 형성하고, 일부는 특유의 냄새가 나는 가스를 방출하고, 일부는 유색 용액을 제공합니다. Boyle은 특성 반응 분석을 사용하여 물질의 분해 및 결과 생성물의 식별 과정이라고 불렀습니다. 분석 화학의 발전에 자극을 준 새로운 작업 방식이었습니다. 1654년에 과학자는 옥스포드로 이사하여 조수인 Wilhelm Gomberg와 함께 실험을 계속했습니다. 연구는 물질을 체계화하고 특성에 따라 그룹으로 나누는 하나의 목표로 축소되었습니다. Gomberg 이후 젊은 물리학자인 Robert Hooke가 그의 조수가되었습니다. 그들은 주로 가스와 미립자 이론의 개발에 연구를 바쳤습니다. 독일 물리학자 Otto Guericke의 작업에 대한 과학 출판물에서 배운 Boyle은 실험을 반복하기로 결정했고 이를 위해 공기 펌프의 원래 디자인을 발명했습니다. 이 기계의 첫 번째 예는 Hooke의 도움으로 만들어졌습니다. 연구진은 펌프로 공기를 거의 완전히 제거할 수 있었다. 그러나 빈 용기에 에테르가 존재한다는 것을 증명하려는 모든 시도는 헛된 것이었다. 보일은 "에테르는 없다"고 결론지었다. 그는 라틴어로 "빈"을 의미하는 빈 공간을 진공이라고 부르기로 결정했습니다. 1660년에 보일은 자신의 영지에서 첫 번째 주요 과학 작업인 "공기의 무게와 그 발현에 관한 새로운 물리-기계적 실험"을 완료했습니다. 다음 책은 The Skeptic Chemist였습니다. 이 책들에서 보일은 거의 XNUMX년 동안 존재해 온 아리스토텔레스의 XNUMX원소 교리, 데카르트의 "에테르" 및 세 가지 연금술 원리에서 빼놓을 수 없는 모든 것을 남겼습니다. 당연히 이 작품은 아리스토텔레스 추종자들과 카르투지오파의 날카로운 공격을 불러일으켰다. 그러나 Boyle은 경험에 의존했기 때문에 그의 증거는 부인할 수 없었습니다. 미립자 이론의 추종자인 대부분의 과학자들은 보일의 생각을 열광적으로 받아들였습니다. 그의 이데올로기 적 반대자들 중 많은 사람들도 과학자의 발견을 인정해야했습니다. 젊은 물리학자 Richard Townley가 옥스퍼드 실험실에서 그의 새로운 조수가 되었습니다. 그와 함께 보일은 기체의 부피 변화가 압력 변화에 반비례한다는 물리학의 기본 법칙 중 하나를 발견했습니다. 이는 용기 부피의 변화를 알면 가스 압력의 변화를 정확하게 계산할 수 있음을 의미합니다. 이 발견은 1662세기의 가장 위대한 발견이었습니다. 보일은 그것을 XNUMX년에 처음 기술했고("공기의 탄성과 무게에 관한 교리를 옹호하기 위해") 겸손하게 그것을 가설이라고 불렀습니다. 현재의 압력 개념에 해당하는 공기 탄성의 개념은 Boyle의 실험 계획 및 구현에서 결정적이었습니다. Gliozzi는 "공기 탄력성이 입증되었습니다. 파스칼 Academy of Experiments와 Guericke가 반복한 실험에서. 공기 방울은 기압 챔버나 비워진 탱크에 넣으면 부풀어 오릅니다. Guericke의 1651개의 연결 용기에 대한 실험은 또한 공기의 탄성에 대해 증언했습니다. 또한 고체의 탄성에 대한 최초의 연구를 수행했습니다. Francesco Lino (1595-1675)는 Torricelli 효과와 펌프에 의한 물 흡입을 " 물 입자와 공기 입자가 서로 충돌합니다. 1660년에 출판된 그의 작품 "유리관 속의 수은에 대한 실험에서 ..."에서 Lino는 튜브의 양쪽 끝을 수은으로 낮추고 상단을 손가락으로 덮고 튜브를 부분적으로 당기면 다음과 같이 언급합니다. 수은에서 손가락 패드가 튜브로 당겨지는 느낌이 듭니다. 이 매력은 외부 대기압이 아니라 한쪽 끝은 손가락에, 다른 쪽 끝은 수은 기둥에 부착된 물질 물질의 보이지 않는 실("활자")로 인한 내부 힘을 증명한다고 Lino는 추가로 주장합니다. 이제 그러한 아이디어는 미소를 지을 뿐이지 만 심각한 고려가 필요했습니다. Boyle은 그의 작품 "Defence against Lino"에서 공기의 탄성이 단순히 "Torricellian column"을 유지하는 것 이상을 할 수 있음을 증명하는 것을 목표로했습니다. Boyle은 자신의 연구를 매우 자세하게 설명합니다. 이 짧은 엘보우에는 ... 밀봉되어 있습니다. 짧은 엘보우는 분할이 인쇄된 종이 조각을 사용하여 전체 길이를 인치로 분할합니다(각각은 29개 부분으로 나뉩니다). 튜브. 같은 종이 조각을 긴 무릎에 붙였습니다. 그런 다음 "사이펀의 반원형 또는 구부러진 부분을 채울 정도의 양으로 수은을 튜브에 붓고"양쪽 무릎에서 같은 높이에 섰습니다. “이 작업이 완료되었을 때 우리는 긴 다리에 수은을 추가하기 시작했습니다 ... 짧은 다리의 공기가 압축에 의해 줄어들어 원래 부피의 절반만 차지할 때까지 ... 우리는 눈을 떼지 않았습니다. 파이프의 더 긴 팔꿈치 ... 그리고 우리는 이 긴 팔꿈치의 수은이 다른 것보다 XNUMX인치 더 높다는 것을 알아차렸습니다." 보일은 이러한 실험을 요약하면서 다음과 같이 언급했습니다. 공기가 다소 압축된 것 같았지만 그것으로 결론을 내릴 수 있을 정도는 아니었습니다. 그리고 우리는 또한 더위가 이전 추위보다... 작용할지 여부도 시도했습니다." 흥미롭게도 연구에서 결론을 내린 사람은 Boyle이 아니라 Townley였습니다. Boyle은 Richard Townley가 "공기의 탄성에 관한 새로운 물리-기계적 실험"의 초판을 읽고 "압력과 확장은 서로 반비례한다"는 가설을 세웠다고 지적합니다. Ya.G. Dorfman은 다음과 같이 썼습니다. 공기와 점유된 부피 사이의 관계를 연구하는 것이 설명되었습니다. Mariotte는 마치 그가 공압에 대한 Boyle의 작업을 완전히 알지 못하는 것처럼 그의 전임자를 한 마디로 언급하지 않습니다. 한편 Boyle의 작업은 널리 알려졌습니다. 영어 그러나 Mariotte는 1679 년 충돌에 관한 작업에서 같은 방식으로 작업에 대해 한 마디도하지 않았기 때문에 처음으로 그의 전임자를 언급하는 것을 잊지 않았습니다. 호이겐스, 후자로부터 실험 방법론뿐만 아니라 이론의 기초도 차용합니다. Mariotte의 작업은 실험의 철저함과 관련하여 Boyle의 작업보다 훨씬 열등합니다. 우리가 본 바와 같이 보일은 수은 기둥의 높이를 가장 가까운 XNUMX/XNUMX인치까지 측정하고 실제 관찰된 값을 계산과 비교하며 측정에서 불가피한 오류를 지적합니다. Mariotte는 수은 기둥의 높이를 전체 인치 단위로 측정하고 실험 데이터가 계산된 데이터와 엄격하게 일치한다고 보고하는 것으로 제한합니다. 신중하고 비판적인 Boyle은 자신이 발견한 법칙을 실험적 확인이 필요한 "가설"일 뿐이라고 부릅니다. Mariotte는 그것을 자연의 법칙 또는 규칙이라고 선언합니다. 따라서 공평하게 "Boyle-Mariotte의 법칙"은 "Boyle-Townley의 법칙" 또는 "Boyle-Townley-Hooke"라고 불러야 합니다. 불행하게도, 때때로 물리학 과정에서 Mariotte가 Boyle의 연구를 "정제"했다고 잘못 언급되는데, 이는 완전히 사실이 아닙니다. 그럼에도 불구하고 법의 다양한 적용을 예언한 사람은 Mariotte(1620–1684)였습니다. 이 중 가장 중요한 것은 기압계 데이터에서 장소의 높이를 계산하는 것입니다. 극소량으로 작동하여 수행되는 계산은 과학자의 약한 수학적 훈련으로 인해 실패했습니다. 나중에 1686년 영국의 천문학자 에드먼드 핼리(1656~1742)는 대기압으로 고도를 결정하는 문제로 눈을 돌렸습니다. 그는 대부분의 독자들에게 그가 발견한 혜성으로 알려져 있으며, 그의 이름을 딴 것입니다. 따라서 Halley는 온도 변화를 고려하지 않는다면 기본적으로 올바른 공식을 찾았습니다. Halley 공식의 핵심은 산술 수열에서 고도가 증가함에 따라 기압이 기하급수적으로 감소한다는 진술로 요약됩니다. 저자: Samin D.K.
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