De Charles Law eller Guy-Lussac är en som gör det möjligt att ange en av egenskaperna för det gasformiga tillståndet: volymen som en gas upptar är direkt proportionell mot temperaturen vid konstant tryck.
Denna proportionalitet är linjär för alla temperaturområden om gasen i fråga är idealisk; riktiga gaser avviker å andra sidan från den linjära trenden vid temperaturer nära daggpunkten. Detta har dock inte begränsat användningen av denna lag för en mängd applikationer som involverar gaser..
En av de viktigaste tillämpningarna av Charles lag är i luftballonger. Andra enklare ballonger, såsom önskemål, även kallade kinesiska lyktor (övre bild), avslöjar förhållandet mellan volymen och temperaturen hos en gas vid konstant tryck.
Varför vid konstant tryck? För om trycket skulle öka, skulle det betyda att behållaren där gasen finns är hermetiskt stängd; och med detta skulle kollisionerna eller inverkan av gasformiga partiklar mot behållarens inre väggar öka (Boyle-Mariottes lag).
Därför skulle det inte förekomma någon förändring i volymen av gasen, och Charles lag skulle saknas. Till skillnad från en lufttät behållare representerar önskemålets ballonger en rörlig barriär som kan expandera eller dras samman beroende på trycket som utövas av gasen inuti..
Men när ballongens vävnad expanderar förblir gasens inre tryck konstant eftersom området över vilket dess partiklar kolliderar ökar. Ju högre gastemperatur, desto högre partiklarnas kinetiska energi och därmed antalet kollisioner.
Och när ballongen expanderar igen förblir kollisionerna mot dess inre väggar (helst) konstanta..
Så ju varmare gasen är, desto större blir ballongens expansion och ju högre kommer den att stiga. Resultatet: rödaktiga (om än farliga) lampor hängande på himlen på decembernätter..
Artikelindex
Den så kallade Charles Law eller Gay-Lussac's Law förklarar beroendet mellan den volym som upptas av en gas och värdet på dess absoluta temperatur eller Kelvin-temperatur..
Lagen kan anges på följande sätt: om trycket förblir konstant, följer det att ”för en given massa av en gas ökar den volymen med cirka 1/273 gånger volymen vid 0 ºC, för varje grad Celsius (1 ºC) för att öka temperaturen ".
Forskningsarbetet som grundade lagen startades på 1780-talet av Jacques Alexander Cesar Charles (1746-1823). Charles publicerade dock inte resultaten av sin forskning..
Senare lyckades John Dalton 1801 att bestämma experimentellt att alla gaser och ångor, studerade av honom, expanderar mellan två bestämda temperaturer i samma volymmängd. Dessa resultat bekräftades av Gay-Lussac år 1802.
Forskningsarbeten från Charles, Dalton och Gay-Lussac gjorde det möjligt att fastställa att volymen som upptas av en gas och dess absoluta temperatur är direkt proportionell. Därför finns det ett linjärt samband mellan en gas och temperaturen.
Rita (översta bilden) volymen av en gas kontra temperatur ger en rak linje. Korsningen av linjen med X-axeln, vid en temperatur av 0 ºC, gör det möjligt att erhålla gasvolymen vid 0 ºC.
På samma sätt skulle skärningspunkten mellan linjen och X-axeln ge information om temperaturen för vilken volymen som upptas av gasen skulle vara noll "0". Dalton uppskattade detta värde till -266 ºC, nära det värde som Kelvin föreslog för absolut noll (0).
Kelvin föreslog en temperaturskala vars noll skulle vara den temperatur vid vilken en perfekt gas skulle ha en volym på noll. Men vid dessa låga temperaturer förgasas gaserna.
Det är därför det inte är möjligt att tala om gasvolymer som sådana, eftersom man finner att värdet för absolut noll bör vara -273,15 ºC.
Charles lag i sin moderna version säger att volymen och temperaturen på en gas är direkt proportionell.
Sedan:
V / T = k
V = gasvolym. T = Kelvin-temperatur (K). k = proportionalitetskonstant.
För en volym V1 och en temperatur T1
k = V1 / T1
Likaså för en volym Vtvå och en temperatur Ttvå
k = Vtvå / Ttvå
Jämför sedan de två ekvationerna för k som vi har
V1 / T1 = Vtvå / Ttvå
Denna formel kan skrivas enligt följande:
V1 Ttvå = Vtvå T1
Lösning för Vtvå, du får formeln:
Vtvå = V1 Ttvå / T1
Gasens volym kan uttryckas i liter eller i någon av dess härledda enheter. På samma sätt kan volymen uttryckas i kubikmeter eller i vilken som helst härledd enhet. Temperaturen måste uttryckas i absolut temperatur eller Kelvin-temperatur.
Så om temperaturerna på en gas uttrycks i grader Celsius eller för att göra en beräkning med dem, måste mängden 273,15 ° C läggas till temperaturerna för att få dem till absoluta temperaturer eller kelvin..
Om temperaturerna uttrycks i grader Fahrenheit, skulle det vara nödvändigt att lägga 459,67 ºR till dessa temperaturer för att få dem till absoluta temperaturer på Rankine-skalan..
En annan välkänd formel av Charles's Law, och direkt relaterad till dess uttalande, är följande:
Vt = Veller (1 + t / 273)
Där Vt är volymen som upptas av en gas vid en viss temperatur, uttryckt i liter, cm3, etc.; och Veller är volymen som upptas av en gas vid 0 ºC. För sin del är t den temperatur vid vilken volymen mäts, uttryckt i grader Celsius (ºC).
Och slutligen representerar 273 värdet av absolut noll på Kelvin-temperaturskalan.
I en behållare med vatten, som uppfyllde funktionen av ett vattenbad, placerades en öppen cylinder överst med en kolv som passade på cylinderns innervägg (övre bild).
Denna kolv (som består av kolven och de två svarta baserna) kan röra sig mot toppen eller botten av cylindern beroende på volymen gas den innehöll..
Vattenbadet kunde värmas upp med hjälp av en brännare eller värmeanläggning, som gav den nödvändiga värmen för att öka badets temperatur och därmed temperaturen i cylindern utrustad med en kolv..
En bestämd massa placerades på kolven för att säkerställa att experimentet utfördes vid konstant tryck. Badets och cylinderns temperatur mättes med användning av en termometer placerad i vattenbadet..
Även om cylindern förmodligen inte hade någon gradering för att visualisera luftvolymen, kunde detta uppskattas genom att mäta höjden som nås av massan placerad på kolven och ytan på cylinderns botten..
Volymen på en cylinder erhålls genom att multiplicera ytan på basen med dess höjd. Ytan på cylinderbasen kunde erhållas genom att använda formeln: S = Pi x rtvå.
Medan höjden uppnås genom att mäta avståndet från cylinderns botten till den del av kolven som massan vilar på.
När badets temperatur ökades av värmen som produceras av tändaren sågs kolven stiga inuti cylindern. Sedan läste de på termometern temperaturen i vattenbadet, vilket motsvarade temperaturen inuti cylindern..
På samma sätt mätte de höjden på massan ovanför kolven och kunde uppskatta volymen luft som motsvarade den uppmätta temperaturen. På detta sätt gjorde de flera mätningar av temperaturen och uppskattningar av luftvolymen motsvarande var och en av temperaturerna..
Med detta var det äntligen möjligt att fastställa att volymen som en gas upptar är direkt proportionell mot dess temperatur. Denna slutsats gjorde det möjligt att förkunna den så kallade Charles Law.
Förutom det tidigare experimentet finns det ett enklare och mer kvalitativt: ballongens med is på vintern..
Om en heliumfylld ballong placerades i ett uppvärmt rum på vintern skulle ballongen ha en viss volym; Men om det senare flyttades till utsidan av huset med låg temperatur, skulle det observeras att heliumballongen krymper, vilket minskar volymen enligt Charles's Law.
Det finns en gas som upptar en volym på 750 cm3 vid 25 ºC: vilken volym kommer denna gas att uppta vid 37 ºC om trycket hålls konstant?
Det är nödvändigt att först omvandla temperaturenheterna till kelvin:
T1 i Kelvin grader = 25 ºC + 273,15 ºC = 298,15 K
Ttvå i Kelvin grader = 37 ºC + 273,15 ºC = 310,15 K
Eftersom V1 och de andra variablerna löser vi för Vtvå och beräknas med följande ekvation:
Vtvå = V1 · (Ttvå / T1)
= 750 cm3 · (310,15 K / 298,15 K)
= 780,86 cm3
Hur skulle temperaturen vara i grader Celsius till vilken 3 liter av en gas måste värmas till 32 ºC, så att dess volym expanderar till 3,2 liter?
Återigen omvandlas graderna till kelvin:
T1 = 32 ° C + 273,15 ° C = 305,15 K
Och som i föregående övning rensas Ttvå istället för Vtvå, och beräknas nedan:
Ttvå = Vtvå · (T1 / V1)
= 3,2 L · (305,15 K / 3 L)
= 325,49 K
Men uttalandet ber om grader Celsius, så enheten T ändrastvå:
Ttvå i grader Celsius = 325, 49 º C (K) - 273,15 ºC (K)
= 52,34 ºC
Om en gas vid 0 ºC upptar en volym på 50 cm3, Vilken volym kommer den att uppta vid 45 ºC?
Med den ursprungliga formeln i Charles lag:
Vt = Veller (1 + t / 273)
Vi fortsätter att beräkna Vt direkt eftersom alla variabler är tillgängliga:
Vt = 50 cm3 + 50 cm3 · (45 ºC / 273 ºC (K))
= 58,24 cm3
Å andra sidan, om problemet löses med hjälp av strategin i exempel 1 och 2, har vi:
Vtvå = V1 · (Ttvå / T1)
= 318 K · (50 cm3 / 273 K)
= 58,24 cm3
Resultatet, med tillämpning av de två förfarandena, är detsamma eftersom de i slutändan bygger på samma princip i Charles lag.
Önskningsballongerna (som redan nämnts i inledningen) är utrustade med ett textilmaterial impregnerat med en brännbar vätska.
När detta material tänds ökar temperaturen på luften i ballongen, vilket orsakar en ökning av gasvolymen enligt Charles lag..
Genom att öka luftvolymen i ballongen minskar luftens densitet i den, vilket blir mindre än densiteten för den omgivande luften, och det är därför ballongen stiger.
Som namnet antyder används de vid tillagning av kalkoner. Termometern har en luftfylld behållare stängd med lock och kalibreras på ett sådant sätt att när den optimala tillagningstemperaturen uppnås höjs locket och avger ett ljud..
Termometern placeras inuti kalkon och när temperaturen inuti ugnen ökar expanderar luften inuti termometern och ökar dess volym. När luftvolymen sedan når ett visst värde lyfter du termometerns lock.
Beroende på kraven på deras användning är bordtennisbollarna lätta och plastväggarna tunna. Detta orsakar att de drabbas av deformationer när de påverkas av racketarna.
Genom att placera de deformerade kulorna i varmt vatten värms luften upp och expanderar, vilket leder till en ökning av luftvolymen. Detta gör också att pingisbollarnas vägg sträcker sig så att de kan återgå till sin ursprungliga form..
Jäst införlivas i vetemjöl som används för att göra bröd och har förmågan att producera koldioxidgas..
När temperaturen på bröden ökar under tillagningen ökar volymen koldioxid. Det är på grund av detta som brödet expanderar tills det når önskad volym..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.