Hvad er Charles's lov?
Charles's lov beskriver forholdet mellem volumen og temperatur på en gas. Loven blev krediteret den franske forsker Jacques Charles af kemiker Joseph Louis Gay-Lussac, også fra Frankrig. Enkelt sagt, hvis trykket forbliver konstant, er volumenet af en gas divideret med dens temperatur lig med en konstant. Det kan udledes af den ideelle gasligning, PV = nRT, hvor P er trykket, V er volumen, n er antallet af mol gas, R er den ideelle gaskonstant og T er Kelvin-temperaturen. Omskrivning af ligningen V / T = (nR / P). Da P er konstant, er V / T = (konstant).
Da forholdet er lig med en konstant, V / T = K, kan der skrives en ny temperatur og volumen for den samme gas V1 / T 1 = K, hvilket fører til V / T = V 1 / T 1 . Selvom dette fysiske forhold er sandt for en ideel gas, forekommer matematisk afvigelse i den virkelige verden, da der ikke er taget højde for partikelstørrelse og interaktive kræfter. Ikke desto mindre, hvis temperaturen er høj, og trykket er lavt, bliver partikelvolumen uvæsentlig. Eftersom trykket er lavt, er partiklerne ligeledes langt fra hinanden. Dette mindsker kraftinteraktionen mellem partikler, der aftager med afstanden kvadrat, hvilket gør det ubetydeligt.
Selvom Charles's lov er enkel, forklarer den mange observationer i hverdagen. Gær i dejen afgiver små bobler af kuldioxidgas. Bagning af dejen udvider boblerne og giver lettere og fluffier kager. Opvarmning af vand i en kedel producerer ekspansiv damp, der bruges til at drive dampmotorer og holde klasseværelserne varme. Den benzindrevne bilmotor brænder brændstof og producerer en enorm varme, der udvider forbrændingsgasserne til at drive stemplerne, der drejer krumtapakslen og driver bilen.
Charles's lov demonstreres også, når en person åbner en flaske eller en dåse øl eller sodavand. Beholdere af disse drikkevarer har kuldioxid under tryk i sig. Hvis en dåse eller en flaske drikke er kold, resulterer åbning af toppen i meget lidt gasudvidelse. Med den samme drik ved en varm temperatur vil kuldioxidgas udvides i meget større grad. Dette kan få noget af indholdet til at blive skudt ud af dåsen og på forbrugeren.
En anden enkel anvendelse, hvor Charles's lov kan kaste lys over, er påfyldningen af en ballon. Volumen (V), densitet (D) og masse (M) overholder forholdet, D = M / V. Omarrangering giver V = M / D. At sætte dette ind i Karls lov V / T = (konstant) giver M / DT = (konstant). Denne ændring af loven siger, at hvis en ballon er fyldt med gas, og temperaturen falder, vil densiteten stige. Hvis ballonen når et punkt, hvor den udvendige luft har en densitet, der ligner den inde i ballonen, stiger ballonen ikke yderligere.