Vad är Charles's lag?
Karls lag beskriver förhållandet mellan gasens volym och temperatur. Lagen krediterades den franska forskaren Jacques Charles av kemisten Joseph Louis Gay-Lussac, också av Frankrike. Enkelt uttryckt, om trycket förblir konstant, är volymen för en gas dividerad med dess temperatur lika med en konstant. Det kan härledas från den ideala gasekvationen, PV = nRT, där P är trycket, V är volymen, n är antalet mol gas, R är den ideala gaskonstanten och T är Kelvin-temperaturen. Omskrivning av ekvationen, V / T = (nR / P). Eftersom P är konstant, är V / T = (konstant).
Eftersom förhållandet är lika med en konstant, V / T = K, kan en ny temperatur och volym för samma gas skrivas V1 / T 1 = K, vilket leder till V / T = V 1 / T 1 . Även om detta fysiska förhållande är sant för en idealisk gas förekommer matematisk avvikelse i den verkliga världen, eftersom partikelstorlek och interaktiva krafter inte har redovisats. Ändå, om temperaturen är hög och trycket är lågt, blir partikelvolymen obetydlig. På samma sätt, eftersom trycket är lågt, är partiklarna långt ifrån varandra. Detta minskar kraftinteraktionen mellan partiklar, som minskar med kvadratet på avståndet, vilket gör det obetydligt.
Även om Karls lag är enkel förklarar den många vardagliga observationer. Jäst i degen avger små bubblor av koldioxidgas. Att baka den degen expanderar bubblorna och ger lättare och fluffigare bakverk. Uppvärmning av vatten i en panna producerar expansiv ånga, som används för att driva ångmotorer och hålla klassrummen varma. Den bensindrivna bilmotorn bränner bränsle och producerar enorm värme som expanderar förbränningsgaserna för att driva kolvarna som vrider vevaxeln och driver fordonet.
Charles's lag demonstreras också när en person öppnar en flaska eller en burk öl eller läsk. Behållare av dessa drycker har koldioxid under tryck. Om en burk eller en flaska dryck är kall, resulterar det i mycket liten gasutvidgning genom att öppna toppen. Med samma dryck vid en varm temperatur kommer koldioxidgas att expanderas i mycket större grad. Det kan leda till att en del av innehållet skjuts ut ur burk och på konsumenten.
En annan enkel applikation där Karls lag kan kasta lite ljus är att fylla en ballong. Volym (V), densitet (D) och massa (M) följer relationen, D = M / V. Omarrangering ger V = M / D. Att ersätta detta i Karls lag V / T = (konstant) ger M / DT = (konstant). Denna ändring av lagen säger att om en ballong fylls med gas och temperaturen minskar, kommer densiteten att öka. Om ballongen når en punkt där utomhusluften har en densitet som liknar den inuti ballongen, kommer ballongen inte att stiga ytterligare.