1787 年にフランスの物理学者ジャック シャルルがこの法則を策定しました。彼の男性は水素気球を持っていましたが、調査中に、気球内のガスの量が温度によって直接変化することを発見しました。この関係は、V/T =チャールズの法則として知られる定数として表すことができます。この法則を検証するには、圧力が一定でなければなりません。
この法則は、「標準ガスの体積は、安定した圧力における絶対温度に正比例する」と主張しています。これは実験的な気体の法則です。基本的に、それは加熱されたときにガスがどのように強化される傾向があるかを示します。簡単に言えば、シャルルの法則は、温度が上昇したためにガスがどのように強化されるかを示しています。気温が下がれば、量も減ります。
シャルルの法則の公式
理想気体の体積が V で温度が T の場合、定常圧力と気体の静的比率の法則によると、
V =kT
● k は定数です
方程式を再編成することにより、
V/T =k
したがって、体積と温度の相関関係は、圧力が一定でガスの比率が固定されている場合に安定しています。
さまざまな条件下でのシャルルの法則
2 つの異なるタイプの条件を考えてみましょう。 V1 と V2 を温度 T1 と T2 での体積とし、気体の圧力が一定になるようにします。したがって、V1 と T1 はそれぞれ条件 1 の体積と温度であり、V2 と T2 はそれぞれ条件 2 の体積と温度です。
シャルルの法則を使用すると、2 つの条件の間に生じる関係は次のようになります:
V1/ T1 =k および V2/ T2 =k
両方の方程式を足すと、
V1/ T1 =V2/ T2
したがって、この式は、結果として温度が上昇すると、体積も増加することを示しています。
摂氏スケールのシャルルの法則
摂氏スケールで法則を策定できます。基準点として、摂氏スケールは水の凝固点として 0°C、水の沸点として 100°C を使用します。以下に示すように、摂氏とケルビンを関連付けることができます。
T =t + 273.15
0°C での気体の体積を V0、温度 t での体積を V と仮定します。シャルルの法則によると、
V/ T =V0/ T0
上記の式に置き換えると、
T =t + 273.15 および T0=t0 + 273.15
(V/t) + 273.15 =(V0/ t0 ) + 273.15
t0 は 0°C であるため
(V/t) + 273.15 =( 0 / t0 ) + 273.15
上記の概念を再編成して、
V =V0 (t + 273.15 / 273.15 )
したがって、方程式は摂氏スケールのシャルルの法則から導き出されます。
絶対零度との関係
シャルルの法則は、気体の体積が特定の温度でゼロになることを伝えているようです。ゲイ・リュサックは、この法則は低温とは関係がないと述べました。絶対零度では、気体のエネルギーがゼロになるため、分子は動きません。トムソンは 1852 年に熱力学の第 2 法則を説明しましたが、ケルビン温度スケールの「絶対ゼロ」は基本的にこの第 2 法則によって定義されました。それでもチャールズは、「一定量の理想気体の体積は、温度が 1°C 上昇または低下するごとに、0°C での体積の 1/273 だけ上昇または下降する」と宣言しました。したがって:
VT =V0 + (1/273 × V0 ) × T
VT =V0 (1+ T/273)
ここで、VT は温度 T での気体の体積で、V0 は 0°C での気体の体積です。
運動理論との関係
ガスの動力学理論は、体積や圧力などのガスの見かけ上の特性を、ガスを構成する分子の微小な特性、特に分子の質量と速度に関連付けます。速度論からシャルルの法則を結論付けるには、微視的な温度の重要性が不可欠です。これは、温度がガス分子の平均運動エネルギー (EK) に比例するため、容易に理解できます。この定義から、シャルルの法則の提示はほとんど重要ではありません。
PV =(2/ 3) NEK
シャルルの法則の実験的検証
検証すべきシャルルの法則の例は数多くあります。一部は最新のものですが、一部は伝統的な方法です。シャルルの法則は、一定の圧力における体積と温度を表します。
装置は、三角フラスコとビーカーで構成されています。開いたフラスコを水浴に浸す。バーナーによってビーカーに熱が加えられると、フラスコ内の空気も暖められます。条件-1。その結果、空気はフラスコ内で膨張します。
その後、フラスコを水浴に浸して温度を下げます。これが条件-2です。検証を進めるには、両方の条件の温度と体積を知る必要があります。この法則は理想気体にぴったりです。高温低圧では、シャルルの法則は実在気体に適しています。高圧の自然界では、温度と量の関係は線形ではありません。
日常生活におけるシャルルの法則の例
● ヘリウム風船
● ベーカリー
● スプレーボトル
● ピンポン玉
● バスケットボール
● タイヤ
● 浮き輪
● 自動車エンジン
● トルコ タイマー
結論
シャルルの法則は、加熱されたときにガスがどのように膨張するかを示すガスの実験法則です。圧力が一定に保たれている場合、温度とケルビン単位の体積の間に直接的な関係があることを表しています.
