Co je Charlesův zákon?
Charlesův zákon popisuje vztah mezi objemem a teplotou plynu. Zákon byl připisován francouzskému vědci Jacquesovi Charlesi chemikem Louisem Louisem Gay-Lussacem, také z Francie. Jednoduše řečeno, pokud tlak zůstává konstantní, objem plynu dělený jeho teplotou se rovná konstantě. Lze jej odvodit z rovnice ideálního plynu, PV = nRT, kde P je tlak, V je objem, n je počet molů plynu, R je ideální plynová konstanta a T je Kelvinova teplota. Přepisování rovnice, V / T = (nR / P). Protože P je konstanta, V / T = (konstanta).
Protože poměr se rovná konstantě, V / T = K, lze zapsat novou teplotu a objem pro stejný plyn V 1 / T 1 = K, což vede k V / T = V 1 / T 1 . I když je tento fyzický vztah pravdivý pro ideální plyn, v reálném světě dochází k matematické odchylce, protože velikost částic a interaktivní síly nebyly započítány. Nicméně, pokud je teplota vysoká a tlak je nízký, objem částic není důležitý. Podobně, protože tlak je nízký, částice jsou daleko od sebe. Tím se snižuje síla interakce mezi částicemi, která se zmenšuje s druhou mocninou vzdálenosti, což je bezvýznamné.
Přestože je Charlesův zákon jednoduchý, vysvětluje mnoho každodenních pozorování. Kvasnice v těstě vydávají drobné bublinky oxidu uhličitého. Pečení těsta rozšiřuje bubliny a poskytuje lehčí a načechranější pečivo. Ohřev vody v kotli produkuje expanzivní páru, která se používá k pohonu parních strojů a udržování teplých učeben. Automobilový motor poháněný benzínem spaluje palivo a produkuje ohromné teplo, které rozšiřuje spaliny a pohání písty, které otáčí klikovým hřídelem a pohánějí vozidlo.
Charlesův zákon se prokazuje i tehdy, když někdo otevře láhev nebo plechovku piva nebo sodu. Obaly těchto nápojů obsahovaly uvnitř nich oxid uhličitý pod tlakem. Pokud je plechovka nebo láhev nápoje studená, otevření horní části má za následek velmi malou expanzi plynu. Se stejným nápojem při horké teplotě se plynný oxid uhličitý rozpíná v mnohem větší míře. To může způsobit, že část obsahu bude vystřelena z plechovky a na spotřebitele.
Další jednoduchá aplikace, ve které může Charlesův zákon vrhnout nějaké světlo, je vyplnění balónku. Objem (V), hustota (D) a hmotnost (M) se řídí vztahem, D = M / V. Změna uspořádání dává V = M / D. Nahrazení do Charlesova zákona V / T = (konstanta) dává M / DT = (konstanta). Tato změna zákona říká, že pokud je balón naplněn plynem a teplota klesá, hustota se zvýší. Pokud balón dosáhne bodu, ve kterém má venkovní vzduch hustotu podobnou hustotě uvnitř balónu, nebude dále stoupat.