Ποια είναι η επίδραση της θερμοκρασίας στον όγκο ένα περιορισμένο αέριο;
Σε σταθερή πίεση, ο όγκος μιας δεδομένης μάζας ενός ιδανικού αερίου είναι άμεσα ανάλογος με την απόλυτη θερμοκρασία του.
Εδώ συμβαίνει αυτό:
* Μοριακή κίνηση: Τα μόρια αερίου κινούνται συνεχώς και συγκρούονται μεταξύ τους και τα τοιχώματα του δοχείου τους. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, τα μόρια κερδίζουν κινητική ενέργεια, προκαλώντας τους να κινούνται ταχύτερα και να συγκρουστούν με περισσότερη δύναμη.
* Αυξημένη πίεση: Αυτή η αυξημένη μοριακή κίνηση οδηγεί σε υψηλότερη πίεση μέσα στο δοχείο. Ωστόσο, εάν το δοχείο είναι άκαμπτο, η πίεση δεν μπορεί να ξεφύγει.
* επέκταση: Για να φιλοξενήσει την υψηλότερη πίεση και την αυξημένη μοριακή δραστηριότητα, το αέριο επεκτείνεται, αυξάνοντας τον όγκο του.
Μαθηματική εκπροσώπηση:
Ο νόμος του Charles μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά ως:
V₁/t₁ =v₂/t₂
Οπου:
* V₁ =αρχικός όγκος του αερίου
* T₁ =αρχική απόλυτη θερμοκρασία (στο Kelvin)
* V₂ =τελικός όγκος του αερίου
* T₂ =τελική απόλυτη θερμοκρασία (στο Kelvin)
Σημαντικές εκτιμήσεις:
* σταθερή πίεση: Αυτή η σχέση ισχύει μόνο εάν η πίεση του αερίου παραμένει σταθερή. Εάν η πίεση αλλάξει, ο όγκος δεν θα είναι άμεσα ανάλογος με τη θερμοκρασία.
* Ιδανικό αέριο: Ο νόμος του Charles βασίζεται στον ιδανικό νόμο περί αερίου, ο οποίος υποθέτει ότι τα μόρια αερίου δεν έχουν όγκο και δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Στην πραγματικότητα, τα πραγματικά αέρια αποκλίνουν από αυτή τη συμπεριφορά, ειδικά σε υψηλές πιέσεις και χαμηλές θερμοκρασίες.
Εφαρμογές:
Αυτή η σχέση έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές, όπως:
* Μπαλόνια ζεστού αέρα: Ο θερμαινόμενος αέρας επεκτείνεται, γίνεται λιγότερο πυκνός από τον γύρω αέρα, προκαλώντας την αύξηση του μπαλονιού.
* Μηχανές εσωτερικής καύσης: Η επέκταση των θερμαινόμενων αερίων μέσα σε ένα θάλαμο καύσης οδηγεί το έμβολο, μετατρέποντας τη θερμική ενέργεια σε μηχανική εργασία.
* Πρόβλεψη καιρού: Οι μεταβολές της θερμοκρασίας επηρεάζουν την πυκνότητα και την πίεση του αέρα, οι οποίες αποτελούν βασικούς παράγοντες στα πρότυπα καιρού.
