보일의 법칙이란?

 

오늘은 공조설비나 냉동공학, 유체역학에서 기본 중의 기본으로 다뤄지는
보일의 법칙(Boyle’s Law)에 대해 정리해보겠습니다.

 

이 법칙은 기체의 부피와 압력의 관계를 다루는 원리로,
압축기 해석이나 밀폐공간 내 기체 거동을 분석할 때 필수로 등장하는 개념입니다.

 

 

 

 

 

 

 

보일의 법칙이란?

 

보일의 법칙은 다음과 같이 정의됩니다.

“기체의 온도가 일정할 경우, 압력(P)과 부피(V)는 서로 반비례한다.”

 

수식으로 표현하면 다음과 같습니다.

P × V = 상수 (k)

 

즉, 온도가 일정한 이상기체에서

압력을 두 배로 올리면 부피는 절반으로 줄어들고,
압력을 낮추면 그만큼 부피는 늘어납니다.

 

 

쉽게 이해할 수 있도록 비유해보자면,

풍선 속에 든 공기를 손으로 눌러 압력을 가하면 풍선이 작아집니다.

이때 온도 변화 없이 부피만 줄어드는 현상,
즉 기체가 외부 압력에 의해 공간을 줄이며 응축되는 성질이 바로 보일의 법칙입니다.

 

이와 같은 특성은
냉매를 압축하거나, 밀폐된 챔버 내부의 압력을 조절할 때 그대로 적용됩니다.

 

 

 

 

 

 

보일의 법칙 적용 조건과 유의사항

보일의 법칙이 유효하려면 몇 가지 조건이 필요합니다.

• 온도는 일정(등온 상태)
• 기체의 질량(몰수)은 변하지 않을 것
• 이상기체로 가정된 상태
• 압력과 부피의 측정은 외부 조건이 일정한 폐쇄계에서 이루어져야 함

 

현실에서는 완전한 이상기체는 없지만,
공기, 냉매, 질소 등은 일반적인 실무 조건에서 거의 근사적으로 적용 가능합니다.

 

 

 

 

 

 

보일의 법칙 활용사례

공조·냉동 분야에서 보일의 법칙은 아래와 같이 활용됩니다.

• 냉동기의 압축기 해석 : 냉매 압축 시 부피와 압력 변화 추적
• 밀폐 챔버 설계 : 진공 장비 내부 기체 거동 분석
• 기체 저장탱크 설계 : 일정 온도에서 압력 변화에 따른 저장용량 예측
• 누설 진단 : 기체 부피 감소나 압력 저하 추이를 통해 밀폐성 판단

 

 

 

 

결론

정리해보자면 보일의 법칙은 단순한 수식이 아니라,
“기체는 온도를 일정하게 유지할 때, 압력이 증가하면 부피가 감소하고,
압력이 감소하면 부피가 증가한다”는 물리적 직관을 수치화한 법칙입니다.

 

공조, 냉동, 압축, 진공, 밀폐 시스템 등
기체가 존재하는 거의 모든 분야에서 출발점이 되는 원리이며,
설계와 운전 조건의 변화를 해석하는 데 필수적으로 사용됩니다.

 

 

 

 

 

관련 컨텐츠

📒건축기계설비기술사 서브노트 총집합 보러가기 ▶▶▶

건축기계설비기술사 서브노트 모음 (25년 3월 업뎃)

 

📒건축기계설비기술사 역대 기출문제 분석 보러가기 ▶▶▶

건축기계설비기술사 3개년 기출문제 모음(126회~135회)