Jakie jest prawo Karola?
Prawo Karola opisuje związek między objętością i temperaturą gazu. Prawo zostało przypisane francuskiemu naukowcowi Jacquesowi Charlesowi przez chemika Josepha Louisa Gay-Lussaca, również z Francji. Mówiąc prosto, jeśli ciśnienie pozostaje stałe, objętość gazu podzielona przez jego temperaturę jest równa stałej. Można to wywnioskować z równania gazu doskonałego, PV = nRT, gdzie P to ciśnienie, V to objętość, n to liczba moli gazu, R to idealna stała gazu, a T to temperatura Kelvina. Przepisanie równania, V / T = (nR / P). Ponieważ P jest stałe, V / T = (stałe).
Ponieważ stosunek jest równy stałej, V / T = K, można zapisać nową temperaturę i objętość dla tego samego gazu V 1 / T 1 = K, co prowadzi do V / T = V 1 / T 1 . Chociaż ta fizyczna zależność jest prawdziwa dla gazu doskonałego, w świecie rzeczywistym występuje matematyczne odchylenie, ponieważ nie uwzględniono wielkości cząstek i sił interaktywnych. Niemniej jednak, jeśli temperatura jest wysoka, a ciśnienie niskie, objętość cząstek staje się nieistotna. Podobnie, ponieważ ciśnienie jest niskie, cząstki są daleko od siebie. To zmniejsza siłę oddziaływania między cząsteczkami, która zmniejsza się wraz z kwadratem odległości, co czyni ją nieistotną.
Chociaż prawo Karola jest proste, wyjaśnia wiele codziennych spostrzeżeń. Drożdże w cieście wydzielają małe pęcherzyki gazowego dwutlenku węgla. Pieczenie ciasta rozszerza bąbelki, dając lżejsze i bardziej puszyste ciasta. Woda grzewcza w kotle wytwarza ekspansywną parę, która jest używana do napędzania silników parowych i utrzymywania ciepła w klasach. Silnik samochodowy napędzany benzyną spala paliwo, wytwarzając ogromne ciepło, które rozpręża gazy spalinowe, napędzając tłoki obracające wał korbowy i napędzające pojazd.
Prawo Karola jest demonstrowane również wtedy, gdy ktoś otwiera butelkę lub puszkę piwa lub napoju gazowanego. Pojemniki tych napojów zawierają w nich dwutlenek węgla pod ciśnieniem. Jeśli puszka lub butelka napoju jest zimna, otwarcie góry powoduje bardzo małe rozszerzenie się gazu. Przy tym samym napoju w wysokiej temperaturze gazowy dwutlenek węgla rozszerzy się w znacznie większym stopniu. Może to spowodować wyrzucenie części zawartości z puszki na konsumenta.
Innym prostym zastosowaniem, w którym prawo Karola może rzucić nieco światła, jest wypełnienie balonu. Objętość (V), gęstość (D) i masa (M) są zgodne z zależnością, D = M / V. Zmiana układu daje V = M / D. Podstawiając to do prawa Charlesa V / T = (stała) daje M / DT = (stała). Ta modyfikacja prawa mówi, że jeśli balon zostanie wypełniony gazem, a temperatura spadnie, gęstość wzrośnie. Jeśli balon osiągnie punkt, w którym powietrze zewnętrzne ma gęstość podobną do gęstości wewnątrz balonu, balon nie podniesie się dalej.