Παραγωγή του νόμου του Charles

Ποια είναι η έννοια του Charles Law;

Ο Charles Law καταλήγει στο συμπέρασμα ότι ο όγκος μιας δεδομένης μάζας αερίου είναι ευθέως ανάλογος με τη θερμοκρασία του (σε Kelvin σε σταθερή πίεση). Ας υποθέσουμε ότι ο όγκος του αερίου συμβολίζεται με V και η θερμοκρασία του αερίου συμβολίζεται με Τ σε σταθερή πίεση P. Στο νόμο του Charles, ο όγκος αλλάζει ανάλογα με τη θερμοκρασία με θετικό και αρνητικό τρόπο σε σταθερή πίεση που το αέριο ασκεί.

Όταν συγκρίνουμε ένα υλικό σε δύο διαφορετικές καταστάσεις, μπορούμε να γράψουμε τα εξής από την προηγούμενη πρόταση:

V2/V1=T2/T1.

Ή,

V1.T2=V2.T1.

Αυτή η εξίσωση του νόμου του Charles δείχνει ότι όταν αυξάνεται η απόλυτη θερμοκρασία του αερίου, ο όγκος του αερίου αυξάνεται αναλογικά.

Με έναν άλλο τρόπο, ο Charles Law είναι μια παραλλαγή του νόμου του ιδανικού αερίου. Ο νόμος ισχύει για ιδανικά αέρια που διατηρούνται σε σταθερή πίεση με ποικίλες θερμοκρασίες και όγκους.

The Formula for Charles Law

Ο τύπος για τη δήλωση του Charles Law είναι ο ακόλουθος:

VI /TI=VF /TF.

Όπου VI υποδηλώνει τον αρχικό τόμο.

Το VF σημαίνει τον τελικό τόμο.

Το TI υποδηλώνει την αρχική απόλυτη θερμοκρασία.

Το TF σημαίνει τελική απόλυτη θερμοκρασία.

Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι πρόκειται για απόλυτες θερμοκρασίες που μετρώνται σε Kelvin, όχι σε βαθμούς Φαρενάιτ ή Κελσίου.

Παραγωγή του νόμου του Charles

Σύμφωνα με τον Charles Law, γνωρίζουμε ότι ο όγκος μιας ορισμένης ποσότητας ξηρού αερίου είναι ακριβώς ανάλογος της απόλυτης θερμοκρασίας σε σταθερή πίεση. Το παρακάτω είναι μια αναπαράσταση της δήλωσης.

V∝T.

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη σταθερά k για να ισούται με V και T επειδή και οι δύο αλλάζουν άμεσα.

V/T =σταθερά =k.

Σε αυτήν την περίπτωση, η τιμή του k προσδιορίζεται από την πίεση, τον όγκο και τη μονάδα μέτρησης του αερίου.

V*T=k——-(1)

Θεωρήστε τα V1 και T1 ως τον αρχικό όγκο και τη θερμοκρασία ενός ιδανικού αερίου, αντίστοιχα.

Η εξίσωση του Charles Law (1) μπορεί επομένως να γραφτεί ως

V1/T1=k——-(2)

Μετά από αυτό, θα αλλάξουμε τη θερμοκρασία του αερίου σε T2. Εναλλακτικά, αν η ένταση αλλάξει σε V2, γράφουμε.

V2/T2=k——–(3)

Η εξίσωση των δύο παραπάνω εξισώσεων (εξισώσεις 2 και 3) αποδίδει

V1/T1=V2/T2.

Ή,

V1T2=V2T1.

Γνωρίζετε ότι η θέρμανση μιας σταθερής ποσότητας αερίου, δηλαδή η αύξηση της θερμοκρασίας, αυξάνει και την ένταση. Ομοίως, καθώς μειώνεται η θερμοκρασία, ο όγκος του αερίου μειώνεται. Για κάθε μονάδα βαθμού αύξησης της θερμοκρασίας, ο όγκος αυξάνεται κατά 1/273 του αρχικού του όγκου στους 0 βαθμούς Κελσίου.

Για περιπτώσεις που χρησιμοποιούν το νόμο του Charles, είναι σημαντικό να θυμάστε ότι η μονάδα θερμοκρασίας πρέπει να είναι σε Kelvin, όχι Κελσίου ή Φαρενάιτ, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Η κλίμακα απόλυτης θερμοκρασίας είναι επίσης γνωστή ως κλίμακα θερμοκρασίας Kelvin. Για να μετατρέψετε μια θερμοκρασία από Κελσίου σε Κέλβιν, πολλαπλασιάστε τη θερμοκρασία επί 273 ανά κλίμακα Κελσίου.

Σύμφωνα με τον νόμο του Charles, ο όγκος του αερίου (V) είναι ακριβώς ανάλογος της θερμοκρασίας του (T), η οποία πρέπει να είναι σε Kelvin.

Μια αλλαγή στη θερμοκρασία μιας μονάδας Kelvin ισούται με μια αλλαγή στη θερμοκρασία ενός βαθμού Κελσίου. Να θυμάστε ότι 0 βαθμοί Κέλβιν ισούται με -273 βαθμούς Κελσίου, ή "Απόλυτο Μηδέν".

Όταν το αέριο έχει την ίδια μάζα και πίεση, η πυκνότητά του είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη θερμοκρασία του σε Kelvin.

Πραγματικές εφαρμογές του νόμου του Charles 

Μερικά παραδείγματα εφαρμογής του Charles Law στην πραγματική ζωή

• Ένας επιστήμονας ονόματι Jacques Charles εξήγησε ότι ο όγκος των αερίων αυξάνεται και μειώνεται με την αύξηση και τη μείωση της θερμοκρασίας, αντίστοιχα. Χρησιμοποίησε τον νόμο που ανακάλυψε για να φτιάξει ένα αερόστατο για τα αξιοθέατα (θερμού αέρα), μια διάσημη εφαρμογή του Charles Law στην πραγματική ζωή.
• Εφαρμόζουμε τον νόμο του Καρόλου συνήθως στην πραγματική ζωή. Ας ξεκινήσουμε με ένα βασικό παράδειγμα, ένα κουτάκι αναψυκτικού. Όταν ανοίγετε ένα παγωμένο κουτί, βλέπετε απλώς φυσαλίδες. Ωστόσο, οι φυσαλίδες ξεχύνουν το ποτό αν ανοίξετε ένα ζεστό κουτί. Γιατί είναι έτσι; Αυτό οφείλεται στον Charles Law. Ο όγκος του αερίου αυξάνεται στην περίπτωση ενός θερμότερου δοχείου και καθώς το δοχείο ανοίγει, τα μόρια αερίου βρίσκουν τον τρόπο τους να βγαίνουν πιο έντονα.
• Ένα άλλο παράδειγμα εφαρμογής του Charles Law στην πραγματική ζωή είναι το ψήσιμο ψωμιού και νόστιμων κέικ. Για την παρασκευή προϊόντων αρτοποιίας, η μαγιά χρησιμοποιείται για ζύμωση, η οποία παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Όταν ψήνουμε οποιοδήποτε ψωμί ή κέικ, το διοξείδιο του άνθρακα διαστέλλεται λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας και γι' αυτό το ψωμί και τα κέικ έχουν αφράτη εμφάνιση και υφή.
• Ο Charles Law επηρεάζει επίσης το ανθρώπινο σώμα όπως στα τέλη της άνοιξης, δηλαδή στην καλοκαιρινή περίοδο. οι πνεύμονές μας φορτώνονται με έναν τεράστιο όγκο αέρα σε αντίθεση με τον όγκο αέρα που υπάρχει τους χειμώνες. Επομένως, μπορούμε να εκτελούμε αποτελεσματικά σωματικές δραστηριότητες σε ζεστό καιρό.

Εφαρμογή του νόμου του Charles στην πραγματική ζωή 

Σύμφωνα με τις σημειώσεις του Charles Law, όταν σχεδιάζεται το γράφημα μεταξύ όγκου και θερμοκρασίας στη σταθερή πίεση, δίνει πάντα μια ευθεία γραμμή γνωστή ως ισοβαρή ή ισοπλαστική.

Η εφαρμογή του νόμου του Καρόλου δηλώνει επίσης ότι όταν η μάζα και η πίεση αυξάνονται, η πυκνότητα του αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόλυτη θερμοκρασία του.

Τα αερόστατα σε αθλητικές και μετεωρολογικές παρατηρήσεις είναι μερικές εφαρμογές του νόμου του Charles στην πραγματική ζωή.

Συμπέρασμα

Ο νόμος του Charles διέπει επίσης τη λειτουργία του Pop-Up Turkey Timer (θερμόμετρο). Ας δούμε πώς! Για να θυμηθούμε, ο Charles Law λέει ότι τα αέρια διαστέλλονται όταν θερμαίνονται. Το Pop-Up Turkey Timer λειτουργεί στην ίδια ιδέα. Το θερμόμετρο (ή ο χρονοδιακόπτης) μπαίνει μέσα στη γαλοπούλα. Το αέριο μέσα στο θερμόμετρο διαστέλλεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία της γαλοπούλας, οπότε είναι καιρός να αφαιρέσετε τη γαλοπούλα από το φούρνο.