Mikä on Charlesin laki?
Theodore G.Lindeman, professori ja Colorado Springsin Colorado Collegen kemian osaston puheenjohtaja, tarjoaa tämän selityksen:
The fyysinen periaate, joka tunnetaan nimellä Charles ”laki, sanoo, että kaasun tilavuus on vakioarvo kerrottuna sen lämpötilalla mitattuna Kelvin-asteikolla (nolla Kelvin vastaa -273,15 celsiusastetta).
Laki” s nimi kunnioittaa tienraivaajaa, ilmapalloilija Jacques Charlesia, joka vuonna 1787 teki kokeita siitä, kuinka kaasujen määrä riippui lämpötilasta. Ironista on, että Charles ei koskaan julkaissut teosta, josta hänet muistetaan, eikä hän ollut ensimmäinen tai viimeinen, joka teki tämän löydön. Itse asiassa Guillaume Amontons oli tehnyt samanlaisia kokeita 100 vuotta aiemmin, ja Joseph Gay-Lussac teki vuonna 1808 lopulliset mittaukset ja julkaisi tulokset, jotka osoittivat, että kaikki testatut kaasut noudattivat tätä yleistystä.
Se on melko yllättävää, että kymmeniä erilaisia substanteja cesin tulisi käyttäytyä täsmälleen samalla tavalla, kuten nämä tutkijat havaitsivat, että erilaiset kaasut tekivät. Hyväksytty selitys, jonka James Clerk Maxwell esitti noin vuonna 1860, on se, että kaasun käyttämä tila riippuu puhtaasti kaasumolekyylien liikkeestä. Tyypillisissä olosuhteissa kaasumolekyylit ovat hyvin kaukana naapureistaan, ja ne ovat niin pieniä, että heidän oma massansa on merkityksetön. He työntävät ulospäin pulloja, mäntiä tai ilmapalloja yksinkertaisesti pomppimalla noilta pinnoilta suurella nopeudella. Heliumpallon sisällä noin 1024 (miljoona miljoonaa miljoonaa miljoonaa) heliumatomia lyö kullekin neliösenttimetrille kumia sekunnissa noin mailin sekunnissa!
Sekä nopeus että taajuus, jolla kaasumolekyylit rikostuvat säiliön seinämistä riippuen lämpötilasta, minkä vuoksi kuumemmat kaasut joko työntyvät kovemmin seinämiä vasten (korkeampi paine) tai vievät suurempia määriä (muutama nopea molekyyli voi viedä monien hitaiden molekyylien tilan). Tarkemmin sanottuna, jos kaksinkertaistamme jäykästi suljetun kaasunäytteen Kelvin-lämpötilan, törmäysten määrä pinta-alayksikköä kohti sekunnissa kasvaa 2: n neliöjuurella ja keskimäärin näiden törmäysten vauhti kasvaa 2: n neliöjuurella. nettovaikutus on, että paine kaksinkertaistuu, jos säiliö ei veny tai tilavuus kaksinkertaistuu, jos säiliö laajenee, jotta paine ei nouse.
Joten voimme sanoa, että Charles ”Law kuvaa, kuinka kuumailmapallot saada tarpeeksi kevyttä nousemiseen ja miksi lämpötilan inversio estää konvektiovirrat ilmakehässä ja kuinka kaasunäyte voi toimia absoluuttisena lämpömittarina.