Co je Charlesův zákon?

Theodore G. Lindeman, profesor a předseda chemického oddělení Colorado College v Colorado Springs, nabízí toto vysvětlení:

The fyzikální princip známý jako Charles „zákon stanoví, že objem plynu se rovná konstantní hodnotě vynásobené jeho teplotou měřenou na Kelvinově stupnici (nula Kelvina odpovídá -273,15 stupňů Celsia).

Zákon“ jméno ctí průkopnického balónistu Jacquese Charlese, který v roce 1787 provedl experimenty o tom, jak závisí objem plynů na teplotě. Ironií je, že Charles nikdy nepublikoval dílo, pro které si ho pamatuje, ani nebyl prvním ani posledním, kdo tento objev provedl. Ve skutečnosti Guillaume Amontons provedl stejné druhy experimentů před 100 lety a byl to Joseph Gay-Lussac v roce 1808, kdo provedl definitivní měření a publikoval výsledky ukazující, že každý plyn, který testoval, se řídil tímto zevšeobecněním.

To je docela překvapivé, že tucty různých substancí Češi by se měli chovat úplně stejně, protože tito vědci zjistili, že tomu tak bylo u různých plynů. Přijaté vysvětlení, které navrhl James Clerk Maxwell kolem roku 1860, je, že množství prostoru, který plyn zabírá, závisí čistě na pohybu molekul plynu. Za typických podmínek jsou molekuly plynu velmi daleko od svých sousedů a jsou tak malé, že jejich vlastní objem je zanedbatelný. Na baňky nebo písty nebo balóny se tlačí ven pouhým odrazem od těchto povrchů vysokou rychlostí. Uvnitř balónu s heliem naráží každou sekundu kaučuku na každý čtvereční centimetr kaučuku asi 1024 (miliónů milionů milionů) atomů helia, a to rychlostí asi míli za sekundu! molekuly plynu se odrazí od stěn nádoby, závisí na teplotě, a proto horkější plyny buď silněji tlačí proti stěnám (vyšší tlak), nebo zaujímají větší objemy (několik rychlých molekul může zabírat prostor mnoha pomalých molekul). Konkrétně, pokud zdvojnásobíme teplotu Kelvina rigidně obsaženého vzorku plynu, zvyšuje se počet srážek na jednotku plochy za sekundu o druhou odmocninu 2 a v průměru se hybnost těchto srážek zvyšuje o druhou odmocninu 2. Takže čistým efektem je, že tlak se zdvojnásobí, pokud se nádoba neroztahuje, nebo se objem zdvojnásobí, pokud se nádoba zvětší, aby tlak nezvyšoval.

Takže bychom mohli říci, že Charles „Law popisuje, jak horkovzdušné balóny dostatek světla na to, aby se rozběhl, a proč teplotní inverze brání konvekčním proudům v atmosféře a jak může vzorek plynu fungovat jako absolutní teploměr.