Co to jest prawo Charlesa?

Theodore G. Lindeman, profesor i przewodniczący wydziału chemii Colorado College w Colorado Springs, wyjaśnia to:

zasada fizyczna znana jako prawo Charlesa mówi, że objętość gazu jest równa stałej wartości pomnożonej przez jego temperaturę mierzoną w skali Kelvina (zero Kelwinów odpowiada -273,15 stopni Celsjusza).

Prawo „s Imię oddaje cześć pionierowi balonu Jacquesowi Charlesowi, który w 1787 r. przeprowadził eksperymenty dotyczące zależności objętości gazów od temperatury. Ironia polega na tym, że Charles nigdy nie opublikował dzieła, z którego został zapamiętany, ani też nie był pierwszym ani ostatnim, który dokonał tego odkrycia. W rzeczywistości Guillaume Amontons przeprowadził tego samego rodzaju eksperymenty 100 lat wcześniej i to Joseph Gay-Lussac w 1808 r. Dokonał ostatecznych pomiarów i opublikował wyniki pokazujące, że każdy badany przez niego gaz był zgodny z tym uogólnieniem.

jest dość zaskakujące, że dziesiątki różnych substancji Casy powinny zachowywać się dokładnie tak samo, ponieważ naukowcy odkryli, że zachowywały się różne gazy. Przyjęte wyjaśnienie, które James Clerk Maxwell przedstawił około 1860 r., Jest takie, że ilość miejsca zajmowanego przez gaz zależy wyłącznie od ruchu cząsteczek gazu. W typowych warunkach cząsteczki gazu są bardzo daleko od swoich sąsiadów i są tak małe, że ich masa jest znikoma. Wypychają na zewnątrz kolby, tłoki lub balony po prostu odbijając się od tych powierzchni z dużą prędkością. Wewnątrz balonu z helem około 1024 (milion milionów milionów milionów) atomów helu wbija się w każdy centymetr kwadratowy gumy co sekundę, z prędkością około jednej mili na sekundę!

Zarówno prędkość, jak i częstotliwość, z jaką cząsteczki gazu odbijają się od ścianek pojemnika w zależności od temperatury, dlatego cieplejsze gazy albo mocniej dociskają się do ścianek (wyższe ciśnienie), albo zajmują większe objętości (kilka szybkich cząsteczek może zajmować przestrzeń wielu wolnych cząsteczek). W szczególności, jeśli podwoimy temperaturę Kelvina w sztywno zawartej próbce gazu, liczba zderzeń na jednostkę powierzchni na sekundę wzrośnie o pierwiastek kwadratowy z 2, a średni moment tych zderzeń wzrośnie o pierwiastek kwadratowy z 2. Zatem efektem netto jest to, że ciśnienie podwaja się, jeśli pojemnik się nie rozciąga, lub objętość podwaja się, jeśli pojemnik powiększa się, aby ciśnienie nie rosło.

Możemy więc powiedzieć, że prawo Charlesa opisuje, jak balony na gorące powietrze stają się wystarczająco lekkie, aby unieść się i dlaczego inwersja temperatury zapobiega prądom konwekcyjnym w atmosferze i jak próbka gazu może działać jako termometr absolutny.