Qual è la legge di Charles?
La legge di Charles descrive la relazione tra volume e temperatura di un gas. La legge fu attribuita allo scienziato francese Jacques Charles dal chimico Joseph Louis Gay-Lussac, anch'egli di Francia. In parole povere, se la pressione rimane costante, il volume di un gas diviso per la sua temperatura è uguale a una costante. Può essere dedotto dall'equazione del gas ideale, PV = nRT, dove P è la pressione, V è il volume, n è il numero di moli di gas, R è la costante di gas ideale e T è la temperatura di Kelvin. Riscrivere l'equazione, V / T = (nR / P). Poiché P è costante, V / T = (costante).
Poiché il rapporto è uguale a una costante, V / T = K, una nuova temperatura e volume per lo stesso gas possono essere scritti V 1 / T 1 = K, portando a V / T = V 1 / T 1 . Sebbene questa relazione fisica sia vera per un gas ideale, si verifica una deviazione matematica nel mondo reale, poiché la dimensione delle particelle e le forze interattive non sono state prese in considerazione. Tuttavia, se la temperatura è alta e la pressione è bassa, il volume delle particelle diventa irrilevante. Allo stesso modo, poiché la pressione è bassa, le particelle sono molto distanti. Ciò riduce l'interazione forzata tra le particelle, che diminuisce con il quadrato della distanza, rendendola insignificante.
Sebbene la legge di Charles sia semplice, spiega molte osservazioni quotidiane. Il lievito nell'impasto emette minuscole bolle di anidride carbonica. Cuocere quell'impasto espande le bolle, dando pasticcini più leggeri e soffici. Il riscaldamento dell'acqua in una caldaia produce vapore espansivo, che viene utilizzato per guidare i motori a vapore e mantenere calde le aule. Il motore automobilistico a benzina brucia carburante, producendo un tremendo calore che espande i gas di combustione per azionare i pistoni che ruotano l'albero motore e alimentano il veicolo.
La legge di Charles è dimostrata anche ogni volta che una persona apre una bottiglia o una lattina di birra o soda. I contenitori di queste bevande hanno pressurizzato l'anidride carbonica al loro interno. Se una lattina o una bottiglia di bevanda è fredda, l'apertura della parte superiore provoca un'espansione del gas molto ridotta. Con la stessa bevanda a temperatura calda, l'anidride carbonica si espanderà in misura molto maggiore. Ciò può causare la sparizione di alcuni dei contenuti dalla lattina e sul consumatore.
Un'altra semplice applicazione in cui la legge di Charles può fare luce è il riempimento di un pallone. Volume (V), densità (D) e massa (M) obbediscono alla relazione, D = M / V. La riorganizzazione dà V = M / D. Sostituendo questo nella legge di Charles V / T = (costante) si ottiene M / DT = (costante). Questa modifica della legge afferma che se un pallone viene riempito di gas e la temperatura diminuisce, la densità aumenterà. Se il palloncino raggiunge un punto in cui l'aria esterna ha una densità simile a quella all'interno del palloncino, il palloncino non si alza ulteriormente.