De charles lov eller Guy-Lussac er en som tillater uttalelse av en av egenskapene til gassformen: volumet som en gass opptar er direkte proporsjonal med temperaturen ved konstant trykk.
Denne proporsjonaliteten er lineær for alle temperaturområder hvis den aktuelle gassen er ideell; ekte gasser, derimot, avviker fra den lineære trenden ved temperaturer nær duggpunktet. Dette har imidlertid ikke begrenset bruken av denne loven for et utall applikasjoner som involverer gasser..
En av de viktigste anvendelsene av Charles lov er i luftballonger. Andre enklere ballonger, for eksempel de som ønsker, også kalt kinesiske lykter (øvre bilde), avslører forholdet mellom volumet og temperaturen til en gass ved konstant trykk.
Hvorfor ved konstant trykk? For hvis trykket skulle øke, ville det bety at beholderen der gassen befinner seg er hermetisk lukket; og med dette ville kollisjonene eller påvirkningen av gassformige partikler mot beholderens indre vegger øke (Boyle-Mariotte-loven).
Derfor ville det ikke være noen endring i volumet som ble brukt av gassen, og Charles lov ville manglet. I motsetning til en lufttett beholder, representerer stoffet til ønsket ballonger en mobil barriere som er i stand til å utvide seg eller trekke seg sammen avhengig av trykket som gassen innehar..
Imidlertid, når vevet til ballongene utvides, forblir det indre trykket i gassen konstant fordi området partiklene kolliderer med øker. Jo høyere gastemperaturen er, jo høyere er kinetisk energi til partiklene, og derfor antall kollisjoner.
Og når ballongen utvides igjen, forblir kollisjonene mot de indre veggene (ideelt) konstante..
Så jo varmere gassen, jo større blir ballongens utvidelse og jo høyere vil den stige. Resultatet: rødlige (om enn farlige) lys hengende på himmelen på desembernetter..
Artikkelindeks
Den såkalte Charles Law eller Gay-Lussac's Law forklarer avhengigheten mellom volumet okkupert av en gass og verdien av den absolutte temperaturen eller Kelvin-temperaturen..
Loven kan uttales som følger: hvis trykket forblir konstant, følger det at “for en gitt masse av en gass øker den volumet med omtrent 1/273 ganger volumet ved 0 ºC, for hver grad celsius (1 ºC) for å øke temperaturen ".
Forskningsarbeidet som etablerte loven ble startet på 1780-tallet av Jacques Alexander Cesar Charles (1746-1823). Charles publiserte imidlertid ikke resultatene av forskningen..
Senere klarte John Dalton i 1801 eksperimentelt å bestemme at alle gasser og damper, studert av ham, utvider seg mellom to bestemte temperaturer i samme volummengde. Disse resultatene ble bekreftet av Gay-Lussac i 1802.
Forskningsarbeidene til Charles, Dalton og Gay-Lussac tillot å fastslå at volumet okkupert av en gass og dens absolutte temperatur er direkte proporsjonale. Derfor er det et lineært forhold mellom temperaturen og volumet til en gass.
Graftegning (toppbilde) volumet av en gass versus temperatur gir en rett linje. Krysset mellom linjen og X-aksen, ved en temperatur på 0 ºC, gjør det mulig å oppnå volumet av gassen ved 0 ºC.
På samme måte vil skjæringspunktet mellom linjen og X-aksen gi informasjon om temperaturen som volumet okkupert av gassen vil være null "0". Dalton estimerte denne verdien til -266 ºC, nær verdien foreslått av Kelvin for absolutt null (0).
Kelvin foreslo en temperaturskala hvis null skulle være temperaturen der en perfekt gass ville ha et volum på null. Men ved disse lave temperaturene blir gassene flytende.
Det er derfor det ikke er mulig å snakke om volum gasser som sådan, og finne at verdien for absolutt null skal være -273,15 ºC.
Charles lov i sin moderne versjon sier at volumet og temperaturen til en gass er direkte proporsjonal.
Deretter:
V / T = k
V = volum av gass. T = Kelvin temperatur (K). k = konstant av proporsjonalitet.
For et volum V1 og en temperatur T1
k = V1 / T1
Likeledes for et volum Vto og en temperatur Tto
k = Vto / Tto
Deretter, ligning av de to ligningene for k vi har
V1 / T1 = Vto / Tto
Denne formelen kan skrives som følger:
V1 Tto = Vto T1
Løsning for Vto, du får formelen:
Vto = V1 Tto / T1
Gassens volum kan uttrykkes i liter eller i noen av dens avledede enheter. På samme måte kan volumet uttrykkes i kubikkmeter eller i hvilken som helst avledet enhet. Temperaturen må uttrykkes i absolutt temperatur eller Kelvin-temperatur.
Så hvis temperaturen på en gass er uttrykt i grader Celsius eller for å utføre en beregning med dem, må mengden på 273,15 ºC tilsettes temperaturene for å bringe dem til absolutte temperaturer eller kelvin..
Hvis temperaturene uttrykkes i grader Fahrenheit, ville det være nødvendig å legge 459,67 ºR til disse temperaturene for å bringe dem til absolutte temperaturer på Rankine-skalaen..
En annen velkjent formel av Charles's Law, og direkte knyttet til uttalelsen, er følgende:
Vt = Veller (1 + t / 273)
Hvor Vt er volumet okkupert av en gass ved en viss temperatur, uttrykt i liter, cm3, etc.; og Veller er volumet okkupert av en gass ved 0 ºC. For sin del er t temperaturen som volumet måles ved, uttrykt i grader Celsius (ºC).
Og til slutt representerer 273 verdien av absolutt null på Kelvin temperaturskala.
I en vannbeholder, som oppfylte funksjonen til et vannbad, ble en åpen sylinder plassert øverst, med et stempel som passet til sylinderens indre vegg (øvre bilde).
Dette stempelet (bestående av stempelet og de to svarte basene) kan bevege seg mot toppen eller bunnen av sylinderen, avhengig av volumet av gass den inneholder..
Vannbadet kan varmes opp ved hjelp av en brenner eller et varmeanlegg, som tilførte den nødvendige varmen for å øke badets temperatur og dermed temperaturen til sylinderen utstyrt med et stempel..
En bestemt masse ble plassert på stempelet for å sikre at eksperimentet ble utført ved konstant trykk. Temperaturen på badet og sylinderen ble målt ved hjelp av et termometer plassert i vannbadet..
Selv om sylinderen sannsynligvis ikke hadde en gradering for å visualisere luftvolumet, kunne dette estimeres ved å måle høyden nådd av massen plassert på stempelet og overflaten av sylinderens bunn..
Volumet til en sylinder oppnås ved å multiplisere overflatearealet til basen med høyden. Overflaten på sylinderbunnen kan oppnås ved å bruke formelen: S = Pi x rto.
Mens høyden oppnås ved å måle avstanden fra sylinderens bunn, til den delen av stempelet som massen hviler på.
Da temperaturen i badet ble økt av varmen som produseres av tenneren, ble stemplet observert å stige inne i sylinderen. Deretter avles de temperaturen i vannbadet på termometeret, som tilsvarte temperaturen inne i sylinderen..
På samme måte målte de høyden på massen over stempelet, og kunne estimere luftvolumet som tilsvarte den målte temperaturen. På denne måten gjorde de flere målinger av temperaturen og estimater av volumet av luft som tilsvarer hver av temperaturene..
Med dette var det endelig mulig å fastslå at volumet som en gass opptar er direkte proporsjonalt med temperaturen. Denne konklusjonen tillot å forkynne den såkalte Karlsloven.
I tillegg til forrige eksperiment er det en enklere og mer kvalitativ: ballongen med is om vinteren..
Hvis en heliumfylt ballong ble plassert i et oppvarmet rom om vinteren, ville ballongen ha et visst volum; Men hvis den senere ble flyttet til utsiden av huset med lav temperatur, ville det bli observert at heliumballongen krymper, og reduserer volumet i følge Charles's Law.
Det er en gass som har et volum på 750 cm3 ved 25 ºC: hva vil være volumet som denne gassen opptar ved 37 ºC hvis trykket holdes konstant?
Det er først nødvendig å transformere temperaturenhetene til kelvin:
T1 i Kelvin grader = 25 ºC + 273,15 ºC = 298,15 K
Tto i Kelvin grader = 37 ºC + 273,15 ºC = 310,15 K
Fordi V1 og de andre variablene, løser vi for Vto og beregnes med følgende ligning:
Vto = V1 · (Tto / T1)
= 750 cm3 · (310,15 K / 298,15 K)
= 780,86 cm3
Hva ville være temperaturen i grader Celsius som 3 liter gass måtte oppvarmes til 32 ºC, slik at volumet utvides til 3,2 liter?
Igjen forvandles grader celsius til kelvin:
T1 = 32 ºC + 273,15 ºC = 305,15 K
Og som i forrige øvelse blir T ryddetto i stedet for Vto, og beregnes nedenfor:
Tto = Vto · (T1 / V1)
= 3,2 L · (305,15 K / 3 L)
= 325,49 K
Men uttalelsen ber om grader Celsius, så enheten T blir endretto:
Tto i grader Celsius = 325, 49 ºC (K) - 273,15 ºC (K)
= 52,34 ºC
Hvis en gass ved 0 ° C opptar et volum på 50 cm3, Hvilket volum vil den oppta ved 45 ºC?
Ved å bruke den opprinnelige formelen til Charles lov:
Vt = Veller (1 + t / 273)
Vi fortsetter å beregne Vt direkte ettersom alle variablene er tilgjengelige:
Vt = 50 cm3 + 50 cm3 · (45 ºC / 273 ºC (K))
= 58,24 cm3
På den annen side, hvis problemet løses ved hjelp av strategien i eksemplene 1 og 2, vil vi ha:
Vto = V1 · (Tto / T1)
= 318 K · (50 cm3 / 273 K)
= 58,24 cm3
Resultatet, ved å bruke de to prosedyrene, er det samme fordi de til slutt er basert på det samme prinsippet i Charles lov.
Ønskeballongene (allerede nevnt innledningsvis) er utstyrt med et tekstilmateriale impregnert med en brennbar væske.
Når dette materialet blir brent, er det en økning i temperaturen på luften i ballongen, noe som forårsaker en økning i volumet av gass i følge Charles lov..
Derfor, ved å øke luftvolumet i ballongen, synker luftens tetthet i den, noe som blir mindre enn tettheten til den omgivende luften, og det er derfor ballongen stiger.
Som navnet tilsier, brukes de under tilberedning av kalkuner. Termometeret har en luftfylt beholder lukket med lokk og er kalibrert på en slik måte at når den optimale koketemperaturen er nådd, blir lokket hevet og gir en lyd..
Termometeret er plassert inne i kalkunen, og når temperaturen inne i ovnen øker, utvides luften inne i termometeret og øker volumet. Når luftens volum når en viss verdi, løfter du termometerets lokk.
Avhengig av kravene til bruken, er bordtennisballene lette i vekt og plastveggene er tynne. Dette fører til at når de blir rammet av racketer, blir de deformerte.
Ved å plassere de deformerte kulene i varmt vann, varmes luften opp og utvides, noe som fører til en økning i luftvolumet. Dette får også ping-pong-ballene til å strekke seg, slik at de kan gå tilbake til sin opprinnelige form..
Gjær er innlemmet i hvetemel som brukes til å lage brød og har evnen til å produsere karbondioksidgass..
Når temperaturen på brødene øker under tilberedningen, øker volumet karbondioksid. Det er på grunn av dette at brødet utvides til det når ønsket volum..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.