Jaký je Charlesův zákon?
Charlesův zákon popisuje vztah mezi objemem a teplotou plynu. Zákon byl připsán francouzskému vědci Jacquesovi Charlesovi chemikem Josephem Louisem Gay-Lussacem, také z Francie. Jednoduše řečeno, pokud tlak zůstává konstantní, objem plynu děleného jeho teplotou je roven konstantu. Může být odvozen z rovnice ideálního plynu, PV = NRT, kde p je tlak, V je objem, n je počet molů plynu, r je ideální plynná konstanta a t je Kelvinova teplota. Přepisování rovnice, v/t = (nr/p). Protože p je konstantní, v/t = (konstanta).
Protože poměr se rovná konstantu, v/t = k, lze psát novou teplotu a objem pro stejný plyn v 1 /t 1 = K, což vede k V/T = V 1 /T 1 . Ačkoli tento fyzický vztah platí pro ideální plyn, matematická odchylka se vyskytuje v reálném světě, protože velikost částic a interaktivní síly nebyly zohledněny. Pokud je však teplota vysoká a tlak je nízký, PAObjem rticle se stává nedůležité. Podobně, protože tlak je nízký, částice jsou daleko od sebe. To snižuje interakci síly mezi částicemi, která se snižuje s čtvercem vzdálenosti, takže je nevýznamná.
Ačkoli Charlesův zákon je jednoduchý, vysvětluje mnoho každodenních pozorování. Kvasinky v těle vydávají malé bubliny plynu oxidu uhličitého. Pečení, že těsto rozšiřuje bubliny a dává lehčí a načechranější pečivo. Topná voda v kotli produkuje rozsáhlou páru, která se používá k pohonu parních motorů a udržování v teple. Benzínový automobilový motor spaluje palivo a produkuje ohromné teplo, které rozšiřuje spalovací plyny tak, aby řídilo písty, které otočí klikový hřídel a napájí vozidlo.
Charlesův zákon je prokázán také pokaždé, když člověk otevře láhev nebo plechovku piva nebo sody. Kontejnery těchto nápojů mají v sobě tlakový oxid uhličitý. PokudMůže nebo láhev nápoje je studená a otevírá nejvyšší výsledky ve velmi malé expanzi plynu. Se stejným nápojem při horké teplotě se plyn oxidu uhličitého rozšíří do mnohem větší míry. To může způsobit, že část obsahu bude vystřelena z plechovky a na spotřebitele.
Další jednoduchou aplikací, ve které Charlesův zákon může vrhnout nějaké světlo, je plnění balónu. Objem (V), hustota (d) a hmotnost (m) dodržují vztah, d = m/v. Přehodnocení dává V = m/d. Nahrazení to do Charlesova zákona v/t = (konstanta) dává m/dt = (konstanta). Tato modifikace zákona říká, že pokud je balón naplněn plynem a teplota se sníží, hustota se zvýší. Pokud balón dosáhne bodu, kdy má vnější vzduch hustotu podobnou hustotě uvnitř balónu, balón nebude dále stoupat.