Πώς επηρεάζει η μεταβολή της θερμοκρασίας τον όγκο ενός αερίου;
Σε σταθερή πίεση, ο όγκος μιας δεδομένης μάζας ενός ιδανικού αερίου είναι άμεσα ανάλογος με την απόλυτη θερμοκρασία του.
Εδώ σημαίνει αυτό με απλούστερους όρους:
* Άμεση αναλογικότητα: Όταν η θερμοκρασία ενός αερίου αυξάνεται, ο όγκος του αυξάνεται αναλογικά. Ομοίως, όταν η θερμοκρασία μειώνεται, ο όγκος μειώνεται αναλογικά.
* απόλυτη θερμοκρασία: Μιλάμε για θερμοκρασία που μετράται στο Kelvin (k). Ο Kelvin ξεκινά από το Absolute Zero, το σημείο όπου σταματάει όλη η μοριακή κίνηση. Για να μετατρέψετε από τον Κελσίου (° C) σε Kelvin (k), χρησιμοποιήστε τον τύπο:k =° C + 273.15
* σταθερή πίεση: Ο νόμος αυτός ισχύει μόνο εάν η πίεση του αερίου παραμένει σταθερή.
Πώς λειτουργεί:
Φανταστείτε ένα μπαλόνι γεμάτο αέρα. Τα μόρια αέρα μέσα στο εσωτερικό κινούνται συνεχώς και συγκρουστούν με τους τοίχους του μπαλονιού, δημιουργώντας πίεση. Καθώς θερμαίνετε το μπαλόνι, τα μόρια αέρα κινούνται πιο γρήγορα. Συγκρούονται με τους τοίχους μπαλονιών συχνότερα και με μεγαλύτερη δύναμη. Αυτή η αυξημένη δύναμη επεκτείνει το μπαλόνι, αυξάνοντας τον όγκο του.
Μαθηματική εκπροσώπηση:
Ο νόμος του Charles μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά ως:
V₁/t₁ =v₂/t₂
Οπου:
* Το V₁ είναι ο αρχικός τόμος
* Το T₁ είναι η αρχική θερμοκρασία στο Kelvin
* Το V₂ είναι ο τελικός τόμος
* Το T₂ είναι η τελική θερμοκρασία στο Kelvin
Παράδειγμα:
Ας πούμε ότι έχετε ένα μπαλόνι με όγκο 1 λίτρα σε θερμοκρασία 20 ° C (293,15 K). Θερμάνετε το μπαλόνι στους 40 ° C (313,15 K). Ποιος είναι ο νέος τόμος;
Χρησιμοποιώντας το νόμο του Charles:
1 L / 293.15 K =V₂ / 313.15 K
Επίλυση για V₂, παίρνουμε:
V₂ ≈ 1,07 L
Έτσι, ο όγκος του μπαλονιού αυξάνεται σε περίπου 1,07 λίτρα όταν η θερμοκρασία αυξάνεται από 20 ° C σε 40 ° C.
Σημαντική σημείωση:
Ο νόμος του Charles είναι ένας ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο και ισχύει για τα ιδανικά αέρια. Τα πραγματικά αέρια μπορούν να αποκλίνουν από αυτή τη συμπεριφορά σε πολύ υψηλές πιέσεις ή χαμηλές θερμοκρασίες.
