ジャック シャルルは 1787 年に、一定量の気体が与えられた場合、圧力が一定に保たれている場合、気体サンプルの体積は温度に比例して増加することを発見しました。温度はこの法則の結果として生まれました。ケルビンは温度測定単位です。チャールズの法則によると:
理想気体の体積は、圧力が一定であれば絶対温度に比例します。簡単に言えば、乾燥気体サンプルの圧力が一定に保たれている場合、ケルビン温度と体積は正比例します。
シャルルの法則とは
体積の法則としてよく知られるシャルルの法則は、温度が上昇するにつれて気体がどのように膨張するかを表しています。逆に、温度が下がると、体積が減少します。 2 つの異なる状況下で物質を比較する場合、上記のステートメントから次のように書くことができます。
その結果、V =kT となります。この法則は、2 つの異なる状況下で同等の物質を比較する場合、V =kT として表現されることがよくあります。
この式は、気体の絶対温度が上昇すると、それに比例して気体の体積が増加することを示しています。別の言い方をすれば、シャルルの法則は理想気体の法則の変形です。この法則は、一定の圧力に保たれているが温度と体積が変化する理想気体に適用されます。
与えられた温度 (ゲイ数によると 266.66 °C) では、リュサックまたは 273.15 °C で、シャルルの法則はガスの量がゼロに減少することを暗示しているようです。気体は室温ではエネルギーを持たないため、分子は動くことができません。チャールズの研究によると、一定の圧力下で温度が 1°C 上昇または下降するたびに、固くて速い量の気体の量は 0°C での量の 1273 (現在は 1273.15) 倍増加または減少します。
グラフ-
特定の量のガスの一定の圧力としてプロットされた体積対温度のグラフを以下に示します。グラフからわかるように、温度が上昇すると体積が増加し、温度が上昇すると体積が増加します。その結果、シャルルの法則で述べられているように、圧力が一定の場合、体積は温度に正比例します。
Y 軸は体積を表し、X 軸は温度を表します。グラフは、正の傾きで原点を通過する直線です。直線の方程式は V =kT で、これはシャルルの法則の方程式です。直線の傾きは k です。温度が 0 ケルビンに近づくと、体積も変化します。グラフによると、0 ケルビンでの理想気体の体積もゼロです。
以下のチャートは、さまざまな圧力でプロットできます。下のグラフでは、4 本の線が見られます。ラインはすべて同じ圧力です。等圧線は、一定の圧力で描かれた線です。
温度がゼロに近づくと、各線は体積ゼロに収束します。さらに、検出された場合 (x 軸に向かって)、圧力が増加すると線が内側にスライドします。これは、圧力が増加するにつれて k の値が低下するためです。以下の図でも同じことが言えますが、各線が 273.15 °C で収束する点が異なります。
日常生活の例
熱気球 – 気球は基本的に機能します。バッグまたは封筒、乗客用バスケット、およびプロパンなどの燃料供給で構成されています。燃料が点火されると、エンベロープ内の空気が加熱されます。シャルルの法則によれば、熱気は膨張します。空気の温度が上昇すると、空気の体積も増加し、密度が低下します。その結果、エンベロープは周囲の空気よりも軽くなります。より軽いエンベロープは浮力によって空中に推進され、飛行します。
人間の肺 – 肺は、呼吸において重要な役割を果たす海綿状の空気で満たされた器官です。肺が膨らむと空気が入り、収縮すると空気が出ます。冬は空気の温度が下がります。その結果、体内の空気の温度も下がります。シャルルの法則によれば、体積は温度に正比例します。その結果、温度が上昇すると、空気の体積が減少します。肺が収縮し、寒い冬の日にジョギングなどの身体活動が困難になります。
浮き輪 – 子供の頃、水泳のトレーニング中に浮き輪を使用したことがあります。プールのフロートを満たすために空気が使用されるため、水よりも密度が大幅に低くなります。浮き輪内の空気の温度が下がるため、中の空気が収縮します。夏の暑い日に水温がかなり高くなると、逆の挙動を示します。暑い地域で浮き輪内の空気の温度が上昇すると、膨らみすぎます。
結論
体積の法則は、チャールズの法則の別名です。気体の体積と温度の関係は、法則によって記述されています。ただし、完全気体にのみ適用されるという点で、特定の制限があります。高温と低圧が同時に存在する実際のガスに適しています。
