Τσαρλς Λο

Ο Joseph και ο Etienne Montgolfier δημιούργησαν το πρώτο αερόστατο θερμού αέρα τον Ιούνιο του 1783 πνέοντας ένα μπαλόνι μήκους 30 μέτρων στον ουρανό. Για να προσαρμοστεί στο έδαφος, ο φάκελος έπρεπε να περπατήσει ενάμιση χιλιόμετρο πάνω από το επίπεδο του εδάφους. Η λέξη ταξίδεψε γρήγορα σε όλη τη Γαλλία. Μόλις άκουσε για το αεροσκάφος, ο Jacques-Alexandre-Cesar Charles εντυπωσιάστηκε και προχώρησε στην ίδια έρευνα για τα μπαλόνια του και κατέληξε στον νόμο του Charles. Πέντε μπαλόνια γεμίστηκαν με διάφορα αέρια, αλλά με τον ίδιο όγκο και πίεση. Ο Ζακ Σαρλ έκανε ένα απλό πείραμα. Με άλλα λόγια, ήταν κάτω από τους 80 βαθμούς Κελσίου. Παρατήρησε ότι όλα μεγάλωσαν με τον ίδιο τρόπο.

Τι είναι ο Charles Law;

Ο νόμος του Charles δηλώνει ότι ο όγκος του αερίου είναι ευθέως ανάλογος με τη συνολική θερμοκρασία σε σταθερή πίεση. Ο νόμος ορίζει επίσης ότι η θερμοκρασία και ο όγκος του Kelvin θα είναι ευθέως ανάλογα με την πίεση που ασκείται σε ένα δείγμα ξηρού αερίου.

Τύπος

Ο τύπος του Charles Law γράφεται ως,

VI /TI=VF /TF

VI =Αρχικός τόμος

VF=Τελικός τόμος

TI=Αρχική θερμοκρασία

TF=Τελική θερμοκρασία

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

Επεξήγηση

Ο καθηγητής Φυσικής James Clerk Maxwell έδωσε μια σχεδόν εξήγηση για το φαινόμενο. Ισχυρίστηκε ότι ο όγκος του χώρου που καταλαμβάνει ένα αέριο καθορίζεται από την ταχύτητα των σωματιδίων του. Τα σωματίδια που περιέχουν σκοντάφτουν συνεχώς και συγκρούονται μεταξύ τους. Στο δοχείο, η γρήγορη επίθεση πολλών σωματιδίων αερίου καταναλώνει πολλή ενέργεια. Αυτή η πίεση είναι το αποτέλεσμα της δύναμης. Παρά τη χαμηλή δύναμη πρόσκρουσης, μια σύγκρουση όπως αυτή μπορεί να ασκήσει μεγάλη πίεση στην περιοχή του κοντέινερ σε συνδυασμό.

Μια τετραγωνική ίντσα καουτσούκ χτυπιέται από περίπου 1024 εκατομμύρια άτομα ηλίου ανά δευτερόλεπτο, που ταξιδεύουν με ταχύτητες έως και ένα μίλι το δευτερόλεπτο, μέσα σε ένα μπαλόνι ηλίου. Η πίεση στο αέριο μπορεί να περιγραφεί ως "πίεση αερίου". Το μέγεθος της κρούσης και η δύναμη που ασκείται σε μια συγκεκριμένη περιοχή είναι ευθέως ανάλογα με την πίεση του αερίου στον περιβάλλοντα χώρο. Ως αποτέλεσμα, όσο περισσότερη διαφωνία υπάρχει, τόσο πιο αγχωτικό είναι. Η κίνηση των σωματιδίων και η συχνότητα σύγκρουσης επηρεάζονται και οι δύο από τη θερμοκρασία του αερίου, όπως ανακαλύφθηκε σε όλη τη μελέτη. Για να το θέσω αλλιώς, τα θερμαινόμενα αέρια ασκούν μεγαλύτερη πίεση στους τοίχους και δημιουργούν υψηλότερες πιέσεις επειδή ασκούν μεγαλύτερη πίεση. Γι' αυτό ονομάζεται νόμος Gay-Lussac:

Σημαντική σημείωση σχετικά με το νόμο του Charles

Με πιο σφιχτή ή αμετάβλητη χωρητικότητα δοχείου, η πίεση στο δοχείο αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Ένα καλό παράδειγμα αυτού μπορεί να παρατηρηθεί στις αντλίες αέρα, οι οποίες απελευθερώνουν ατμό ή ζεστό αέρα όταν το έμβολό τους πιέζεται ή τραβιέται. Όταν πρόκειται για αυτό, τι γίνεται με την μπάλα; Εάν αυτό το θερμαινόμενο αέριο έρθει σε επαφή με τη σφαίρα, η πίεση θα αυξηθεί, αλλά θα ανεβαίνει μόνο σε διακριτά άλματα, περιορίζοντας τον όγκο σε ένα μόνο, σταθερό σχήμα. Μια έκρηξη σωματιδίων υψηλής ενέργειας ωθεί το καουτσούκ προς τα έξω, προκαλώντας διαστολή του. Τήρηση του νόμου του Καρόλου με τον σωστό τρόπο.

Εφαρμογές του νόμου του Charles

Οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν το νόμο του Καρόλου με αερόστατα. Ο ίδιος ο Κάρολος παρακινήθηκε να εξετάσει τα αίτια του πληθωρισμού από μια εικόνα που είχε στο μυαλό του για ένα από αυτά τα εγχειρήματα. Ένα αντικείμενο που επιπλέει σε ένα υγρό είναι δυνατό μόνο εάν ζυγίζει λιγότερο από την ποσότητα του υγρού που αφαιρεί. Εναλλακτικά, ένα αντικείμενο θα επιπλέει εάν το πάχος του είναι μεγαλύτερο από αυτό του υγρού στο οποίο προσπαθεί να επιπλεύσει. Μια περίληψη του τρόπου λειτουργίας των αερόστατων μπορεί να βρεθεί στο νόμο του Charles. Η πλήρωση ενός θερμαινόμενου μπαλονιού με αέριο θα πρέπει να οδηγήσει σε αύξηση του όγκου, σύμφωνα με το νόμο του Charles. Επειδή έχει μικρότερη πυκνότητα από τον κρύο αέρα λόγω του αυξημένου όγκου του, ένα μπαλόνι θα ανέβει όταν ο όγκος του μειωθεί κατά το βάρος του περιβάλλοντος αέρα. Επιπλέον, αυτό βοηθά να εξηγηθεί γιατί τα μπαλόνια ηλίου συστέλλονται όταν εκτίθενται σε θερμοκρασίες κάτω από μηδέν βαθμούς Φαρενάιτ. Ο μπαγιάτικος αέρας στο σπίτι ανεβαίνει φυσικά στην επιφάνεια και διαφεύγει στον παγωμένο αέρα έξω. Επειδή τα μόρια του ψυχρού αέρα ταξιδεύουν πιο αργά και καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο, η εσωτερική πίεση μειώνεται ενώ ο θερμός αέρας κινείται. Ο όγκος ενός μπαλονιού μειώνεται καθώς μειώνεται η θερμοκρασία μέσα σε αυτό.

Κατεστραμμένα ελαστικά:Αυτή είναι πιθανώς η δεύτερη πιο συχνά αναφερόμενη χρήση του νόμου του Charles. Αυτός ο κανόνας είναι υπεύθυνος για τους χοντρούς σωλήνες που βγαίνουν από το ελαστικό όταν κολλάει στη ζέστη του καλοκαιριού. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το ελαστικό διαστέλλεται, προκαλώντας είτε δυσλειτουργία είτε πλήρη διαρροή, καθώς η θερμότητα χύνεται στον σωλήνα. Το ελαστικό μπορεί να σκάσει ανά πάσα στιγμή εάν υποβληθεί σε πρόσθετη διαστολή, η οποία τροφοδοτείται από την αναπόφευκτη απαγωγή θερμότητας που δημιουργείται από την πρόσκρουση. Η άγνοια και η συνεχής ποδηλασία μπορεί να οδηγήσουν σε εξαιρετικά σοβαρά αποτελέσματα. Τα ελαστικά πρέπει να ελέγχονται συχνά.

Όποτε δεν υπάρχει υγρό ή υγρό βρίσκεται ακριβώς πάνω από τα έμβολα στον κινητήρα ενός αυτοκινήτου, μια σειρά από έμβολα παρατάσσονται πάνω-κάτω. Με έναν στροφαλοφόρο άξονα που συνδέεται ασυνήθιστα σε κάθε άκρο ενός εμβόλου, τα έμβολα μπορούν να ανεβαίνουν και να πέφτουν γύρω από την τρύπα. Τα αυτοκίνητα έχουν δύο σετ πίσω τροχών συνδεδεμένα σε αυτόν τον στροφαλοφόρο άξονα, έτσι καθώς η ράβδος περιστρέφεται, και οι δύο τροχοί κινούνται παράλληλα μεταξύ τους. Η καύση παράγει μεγάλη ποσότητα αερίου που κινεί τα έμβολα στον κινητήρα. Η θερμότητα εκπέμπεται από μια φλεγόμενη φωτιά. Τα θερμικά σωματίδια από το μετασχηματισμένο αέριο συγκρούονται με κινούμενα έμβολα καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται. Στη συνέχεια, σπρώχνουν το αυτοκίνητο προς τη σωστή κατεύθυνση.

Συμπέρασμα

Ο νόμος του Καρόλου ισχύει για αέρια μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλές πιέσεις. Η σχέση μεταξύ όγκου και θερμοκρασίας δεν είναι φυσικά σύμφωνη με την υψηλή πίεση. Σε υψηλές πιέσεις, η δύναμη αντίστασης μεταξύ των μορίων αυξάνεται δραματικά με αποτέλεσμα την αύξηση του όγκου.