Γραφική αναπαράσταση του Charles Law

Ο νόμος του Καρόλου, ένας νόμος αερίων, δηλώνει ότι στα ιδανικά μείγματα αερίων, η πίεση είναι αντιστρόφως ανάλογη με τον όγκο ενός αερίου. Ο νόμος πήρε το όνομά του από τον Γάλλο επιστήμονα Jacques Charles Lilienfeld.

Ο νόμος του Καρόλου είναι σημαντικός σε πολλούς τομείς της επιστήμης, όπως η αστρονομία, η αεροπορία, η χημεία και η χημεία. Για να ικανοποιηθεί ο νόμος του Charles, η πυκνότητα του αερίου πρέπει να είναι σταθερή.

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο νόμο του Charles και στη γραφική αναπαράσταση του νόμου του Charles.

Νόμος του Καρόλου

Σύμφωνα με το νόμο του Καρόλου, σε ένα κλειστό σύστημα, ο όγκος ενός αερίου είναι ευθέως ανάλογος με τη θερμοκρασία του (σε Kelvin). Ως αποτέλεσμα, αυτός ο νόμος περιγράφει τη σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας και του όγκου του αερίου. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ακόλουθο τύπο για να εκφράσουμε τον νόμο του Charles.

V ∝ T 

Πού,

V =όγκος αερίου

T =θερμοκρασία του αερίου σε Kelvin

Γραφική αναπαράσταση του νόμου του Καρόλου

Μαθηματική Έκφραση του Νόμου του Καρόλου

V1 / T1 =V2 / T2

Επιπλέον,

V1 / T1 =V2 / T2 ⇒ V/T =σταθερά=K2

Λοιπόν, 

V=K2T

Ως αποτέλεσμα, η πίεση, ο όγκος και η μονάδα όγκου του αερίου καθορίζουν την τιμή του K2.

Νόμος του Charles:Discovery and Naming

Το όνομα του νόμου είναι ένας φόρος τιμής στον Γάλλο μαθηματικό, φυσικό, εφευρέτη και αερόστατο Jacques Alexandre César Charles.

Ο Γάλλος χημικός και φυσικός Joseph Louis Gay-Lussac έγραψε μια εργασία που περιγράφει πώς διαστέλλονται τα αέρια όταν θερμαίνονται. Το δημοσίευσε μόλις λίγες μέρες μετά την πρώτη πτήση με αερόστατο με ανθρώπινο πλήρωμα το 1802. 

Το 1787, ο Κάρολος πειραματίστηκε γεμίζοντας πέντε πανομοιότυπα δοχεία με διάφορα αέρια. Μετά από αυτό, ανέβασε τη θερμοκρασία των δοχείων στους 80 βαθμούς Κελσίου. Στη συνέχεια είδε ότι όλα τα αέρια είχαν αυξηθεί σε όγκο κατά την ίδια ποσότητα. Ο Charles συμπέρανε ότι ο όγκος του αερίου αυξάνεται γραμμικά με την απόλυτη θερμοκρασία αυτού του αερίου υπό σταθερή πίεση

Ο Gay-Lussac ανέφερε αυτό το πείραμα στην εργασία του, αποδίδοντάς το στο αδημοσίευτο έργο του Jacques Charles από τη δεκαετία του 1780. Αυτός είναι ο λόγος που προς τιμήν του Καρόλου, ο Gay-Lussac ονόμασε το καταστατικό «Νόμος του Καρόλου».

Εφαρμογή του νόμου του Καρόλου στην πραγματική ζωή

Αυτός ο νόμος έχει πολλές εφαρμογές στην καθημερινή ζωή.

Φουσκωμένα αντικείμενα

Ας υποθέσουμε ότι είστε έξω μια κρύα μέρα με ένα μπαλόνι. Θα παρατηρήσετε ότι το μπαλόνι θρυμματίζεται. Από την άλλη, το μπαλόνι ανακτά το σχήμα του όταν τοποθετηθεί σε ζεστό περιβάλλον. Τι προκαλεί να συμβεί αυτό;

Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει επειδή η ένταση μειώνεται όταν η θερμοκρασία πέφτει σε μια ψυχρή μέρα. Τώρα, σύμφωνα με τον νόμο του Καρόλου, η θερμοκρασία αυξάνεται μόλις μπείτε σε ένα θερμαινόμενο δωμάτιο. Ομοίως, όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και ο όγκος. Ως αποτέλεσμα, το μπαλόνι επιστρέφει στο προηγούμενο σχήμα του.

Αυτή η συμπεριφορά ισχύει για οποιοδήποτε φουσκωμένο αντικείμενο. Γι' αυτό θα πρέπει να ελέγχετε την πίεση στα ελαστικά του αυτοκινήτου σας όταν βγαίνετε έξω τις ψυχρές μέρες.

Ψήσιμο

Οι κουζίνες μας δεν αποτελούν εξαίρεση από τον νόμο του Καρόλου. Έχετε δοκιμάσει ποτέ τις δυνάμεις σας στο ψήσιμο;

Ναί?

Τότε, πιθανότατα είστε εξοικειωμένοι με το πιο δημοφιλές συστατικό στη διαδικασία:τη μαγιά. Η μαγιά ψησίματος χρησιμοποιείται συνήθως για την παραγωγή αφράτων ψημένων ειδών. Προκαλεί την απελευθέρωση φυσαλίδων διοξειδίου του άνθρακα.

Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει, οι φυσαλίδες του διοξειδίου του άνθρακα διαστέλλονται, ενεργώντας ως διογκωτικός παράγοντας, προκαλώντας φουσκώματα των ειδών ψωμιού. Με υψηλότερη θερμοκρασία, οι φυσαλίδες διοξειδίου του άνθρακα θα διαστέλλονται ακόμη περισσότερο.

Μπαλόνια ζεστού αέρα

Ίσως να είχατε περιέργεια για το πώς λειτουργεί ένα μπαλόνι θερμού αέρα.

Η θερμοκρασία και ο όγκος είναι ακριβώς ανάλογες μεταξύ τους, σύμφωνα με το νόμο του Καρόλου. Όταν θερμαίνουμε ένα αέριο, η πυκνότητά του μειώνεται και διαστέλλεται. Ο ζεστός αέρας είναι λιγότερο πυκνός από τον κρύο αέρα, ο οποίος είναι ελαφρύτερος. Ο θερμός αέρας έχει επίσης μικρότερη μάζα ανά μονάδα όγκου. Αυτός είναι ο λόγος που ο θερμός αέρας ανεβαίνει πάνω από τον κρύο αέρα.

Το μπαλόνι ζεστού αέρα χρησιμοποιεί την ίδια αρχή. Ο αέρας μέσα στο μπαλόνι θερμαίνεται, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία του να αυξάνεται σε σύγκριση με τον περιβάλλοντα αέρα. Και το μπαλόνι σηκώνεται.

Pop-Up Turkey Timer

Ο κανόνας του Charles διέπει επίσης τη λειτουργία του Pop-Up Turkey Timer (Θερμόμετρο). Ας δούμε πώς το κάνει αυτό!

Αν θυμάστε, ο νόμος του Καρόλου λέει ότι τα αέρια διαστέλλονται όταν θερμαίνονται. Το Pop-Up Turkey Timer λειτουργεί στην ίδια ιδέα. Όταν ψήνετε τη γαλοπούλα σας σε φούρνο, βάζετε το εργαλείο μέσα στη γαλοπούλα. Το αέριο μέσα στο θερμόμετρο διαστέλλεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Όταν ηχεί το χρονόμετρο, είναι ώρα να βγάλετε τη γαλοπούλα από το φούρνο.

Συμπέρασμα

Αυτή η γραφική αναπαράσταση των σημειώσεων του Charles Law συζητά τον νόμο και την ιστορία του. Συζητά επίσης τις εφαρμογές του νόμου του Καρόλου. Σε αυτόν τον νόμο αερίων, θεωρούμε την πυκνότητα του αερίου σταθερή. Σχεδιάσαμε επίσης το νόμο στο γράφημα.