Was ist Charles „Gesetz?

Theodore G. Lindeman, Professor und Vorsitzender der Chemieabteilung des Colorado College in Colorado Springs, bietet diese Erklärung an:

The Das als Charles „Gesetz bekannte physikalische Prinzip besagt, dass das Volumen eines Gases einem konstanten Wert multipliziert mit seiner Temperatur entspricht, gemessen auf der Kelvin-Skala (null Kelvin entspricht -273,15 Grad Celsius).

Das Gesetz“ s Der Name ehrt den Pionierballonfahrer Jacques Charles, der 1787 experimentierte, wie das Volumen der Gase von der Temperatur abhängt. Die Ironie ist, dass Charles nie das Werk veröffentlicht hat, an das er sich erinnert, noch war er der erste oder letzte, der diese Entdeckung machte. Tatsächlich hatte Guillaume Amontons 100 Jahre zuvor die gleichen Experimente durchgeführt, und es war Joseph Gay-Lussac, der 1808 endgültige Messungen durchführte und Ergebnisse veröffentlichte, die zeigten, dass jedes von ihm getestete Gas dieser Verallgemeinerung entsprach.

Es ist ziemlich überraschend, dass Dutzende von verschiedenen Substan ces sollten sich genau gleich verhalten, da diese Wissenschaftler herausfanden, dass verschiedene Gase dies taten. Die akzeptierte Erklärung, die James Clerk Maxwell um 1860 vorbrachte, ist, dass die Menge an Raum, die ein Gas einnimmt, nur von der Bewegung der Gasmoleküle abhängt. Unter typischen Bedingungen sind Gasmoleküle sehr weit von ihren Nachbarn entfernt und so klein, dass ihre eigene Masse vernachlässigbar ist. Sie drücken auf Flaschen oder Kolben oder Luftballons nach außen, indem sie einfach mit hoher Geschwindigkeit von diesen Oberflächen abprallen. In einem Heliumballon schlagen jede Sekunde etwa 1024 (eine Million Millionen Millionen) Heliumatome mit einer Geschwindigkeit von etwa einer Meile pro Sekunde in jeden Quadratzentimeter Gummi!

Sowohl die Geschwindigkeit als auch die Häufigkeit, mit der die Gasmoleküle prallen von den Behälterwänden ab und hängen von der Temperatur ab. Deshalb drücken heißere Gase entweder stärker gegen die Wände (höherer Druck) oder nehmen größere Volumina ein (einige schnelle Moleküle können den Raum vieler langsamer Moleküle einnehmen). Insbesondere wenn wir die Kelvin-Temperatur einer starr enthaltenen Gasprobe verdoppeln, erhöht sich die Anzahl der Kollisionen pro Flächeneinheit pro Sekunde um die Quadratwurzel von 2, und im Durchschnitt nimmt der Impuls dieser Kollisionen um die Quadratwurzel von 2 zu Der Nettoeffekt besteht darin, dass sich der Druck verdoppelt, wenn sich der Behälter nicht dehnt, oder das Volumen verdoppelt, wenn sich der Behälter vergrößert, um einen Druckanstieg zu verhindern.

Wir könnten also sagen, dass das Charles-Gesetz beschreibt, wie Heißluftballons Holen Sie sich Licht genug zum Abheben und warum eine Temperaturinversion Konvektionsströme in der Atmosphäre verhindert und wie eine Gasprobe als absolutes Thermometer funktionieren kann.