チャールズの法則とは何ですか？

チャールズの法則は、気体の体積と温度の関係を説明しています。 この法律は、同じくフランスの化学者ジョセフ・ルイ・ゲイ・リュサックによってフランスの科学者ジャック・シャルルに与えられました。 簡単に言えば、圧力が一定のままであれば、ガスの体積を温度で除算すると一定になります。 理想気体方程式PV = nRTから推定できます。ここで、Pは圧力、Vは体積、nは気体のモル数、Rは理想気体定数、Tはケルビン温度です。 方程式を書き換え、V / T =（nR / P）。 Pは定数なので、V / T =（constant）です。

比率は定数V / T = Kに等しいため、同じガスの新しい温度と体積をV ₁ / T ₁ = Kと書くと、V / T = V ₁ / T _1になります。 この物理的な関係は理想的なガスには当てはまりますが、粒子サイズと相互作用する力が考慮されていないため、現実世界では数学的偏差が発生します。 それでも、温度が高く圧力が低い場合、粒子体積は重要ではなくなります。 同様に、圧力が低いため、粒子は離れています。 これにより、粒子間の力の相互作用が小さくなり、距離の2乗で減少し、重要ではなくなります。

チャールズの法則は単純ですが、多くの日常的な観察を説明しています。 生地中の酵母は、二酸化炭素ガスの小さな泡を発します。 その生地を焼くと泡が膨らみ、軽くてふわふわしたペストリーができます。 ボイラーで水を加熱すると、膨張した蒸気が生成され、蒸気エンジンを駆動して教室を暖かく保ちます。 ガソリン駆動の自動車エンジンは燃料を燃焼させ、燃焼ガスを膨張させてクランクシャフトを回して車両に動力を与えるピストンを駆動する非常に大きな熱を生み出します。

チャールズの法則は、人がボトルやビールやソーダの缶を開けるたびにも実証されます。 これらの飲料の容器には、内部に加圧二酸化炭素があります。 飲料の缶やボトルが冷たい場合、上部を開けてもガスの膨張はほとんどありません。 同じ飲料を高温で使用すると、二酸化炭素ガスはさらに大きく膨張します。 これにより、一部のコンテンツが缶から消費者に放り出される可能性があります。

チャールズの法則が光を当てることができるもう1つの単純なアプリケーションは、バルーンの充填です。 体積（V）、密度（D）および質量（M）は関係に従い、D = M / Vです。 再配置により、V = M / Dが得られます。 これをチャールズの法則V / T =（constant）に代入すると、M / DT =（constant）が得られます。 法律のこの修正は、風船がガスで満たされ、温度が下がると、密度が上がると言います。 気球が、外気の密度が気球内部の密度と同じになるまで到達すると、気球はそれ以上上昇しません。