مقالات

11.5: قانون تشارلز: الحجم ودرجة الحرارة


أهداف التعلم

  • تعلم وتطبيق قانون تشارلز.

يستمتع الجميع برائحة وطعم الخبز الطازج. إنه خفيف ورقيق نتيجة تأثير الخميرة على السكر. تقوم الخميرة بتحويل السكر إلى ثاني أكسيد الكربون ، والذي يؤدي في درجات الحرارة المرتفعة إلى تمدد العجين. والنتيجة النهائية هي علاج ممتع ، خاصة عند تغطيته بالزبدة المذابة.

قانون تشارلز

درس الفيزيائي الفرنسي جاك تشارلز (1746-1823) تأثير درجة الحرارة على حجم الغاز عند الضغط المستمر. قانون تشارلز تنص على أن حجم كتلة معينة من الغاز يختلف بشكل مباشر مع درجة الحرارة المطلقة للغاز عندما يظل الضغط ثابتًا. درجة الحرارة المطلقة هي درجة الحرارة المقاسة بمقياس كلفن. يجب استخدام مقياس كلفن لأن الصفر على مقياس كلفن يتوافق مع توقف كامل للحركة الجزيئية.

الشكل ( PageIndex {1} ): عندما يتم تسخين حاوية الغاز المحصور ، تزداد جزيئاتها في الطاقة الحركية وتدفع المكبس المتحرك للخارج ، مما يؤدي إلى زيادة الحجم.

رياضياً ، يمكن تمثيل العلاقة المباشرة لقانون تشارلز بالمعادلة التالية:

[ frac {V} {T} = k ]

كما هو الحال مع قانون بويل ، يكون (ك ) ثابتًا فقط لعينة غاز معينة. يوضح الجدول أدناه بيانات درجة الحرارة والحجم لكمية معينة من الغاز عند ضغط ثابت. العمود الثالث هو الثابت لمجموعة البيانات هذه ودائمًا ما يساوي الحجم مقسومًا على درجة حرارة كلفن.

درجة الحرارة ( اليسار ( النص {K} اليمين) )الحجم ( اليسار ( النص {مل} اليمين) ) ( frac {V} {T} = k ) ( left ( frac { text {mL}} { text {K}} right) )
الجدول ( PageIndex {1} ): بيانات درجة الحرارة والحجم
50200.40
100400.40
150600.40
200800.40
3001200.40
5002000.40
10004000.40

عندما يتم رسم هذه البيانات ، تكون النتيجة خطًا مستقيمًا يدل على وجود علاقة مباشرة ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

الشكل ( PageIndex {2} ): يزداد حجم الغاز مع زيادة درجة حرارة كلفن.

لاحظ أن الخط يتجه تمامًا نحو الأصل ، مما يعني أنه مع اقتراب درجة الحرارة المطلقة للغاز من الصفر ، يقترب حجمه من الصفر. ومع ذلك ، عندما يتم إحضار الغاز إلى درجات حرارة شديدة البرودة ، فإن جزيئاته تتكثف في النهاية إلى الحالة السائلة قبل أن تصل إلى الصفر المطلق. تختلف درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا التغيير إلى الحالة السائلة باختلاف الغازات.

يمكن أيضًا استخدام قانون تشارلز لمقارنة الظروف المتغيرة للغاز. نستخدم الآن (V_1 ) و (T_1 ) للوقوف على الحجم الأولي ودرجة حرارة الغاز ، بينما (V_2 ) و (T_2 ) يمثلان الحجم ودرجة الحرارة النهائيين. تصبح العلاقة الرياضية لقانون تشارلز:

[ frac {V_1} {T_1} = frac {V_2} {T_2} ]

يمكن استخدام هذه المعادلة لحساب أي من الكميات الأربعة إذا كانت الثلاثة الأخرى معروفة. لن تصمد العلاقة المباشرة إلا إذا تم التعبير عن درجات الحرارة بوحدة كلفن. لن تعمل درجات الحرارة بالدرجة المئوية. تذكر العلاقة التي ( text {K} = : ^ text {o} text {C} + 273 ).

مثال ( PageIndex {1} ):

يتم ملء بالون بحجم (2.20 : text {L} ) عند درجة حرارة (22 ^ text {o} text {C} ). بعد ذلك يتم تسخين البالون إلى درجة حرارة (71 ^ text {o} text {C} ). ابحث عن الحجم الجديد للبالون.

المحلول

خطوات حل المشكلات

حدد المعلومات "المعطاة" وما تطلب منك المشكلة "العثور عليه".

معطى:

(V_1 = 2.20 : text {L} ) و

(T_1 = 22 ^ text {o} text {C} = 295 : text {K} )

(T_2 = 71 ^ text {o} text {C} = 344 : text {K} )

يجد: الخامس2 =؟ إل

ضع قائمة بالكميات الأخرى المعروفة.

تم تحويل درجات الحرارة أولاً إلى كلفن.

خطط للمشكلة.

أولاً ، أعد ترتيب المعادلة جبريًا لحل المعادلة (V_2 ).

[V_2 = frac {V_1 مرات T_2} {T_1} ]

إلغاء الوحدات والحساب.

الآن استبدل الكميات المعروفة في المعادلة وحلها.

[V_2 = frac {2.20 : text {L} times 344 : Cancel { text {K}}} {295 : Cancel { text {K}}} = 2.57 : text {L} ]

فكر في نتيجتك.يزداد الحجم مع زيادة درجة الحرارة. النتيجة لها ثلاثة أرقام معنوية.

تمرين ( PageIndex {1} )

لو الخامس1 = 3.77 لتر و تي1 = 255 كلفن ، ما هو الخامس2 لو تي2 = 123 ك؟

إجابه

1.82 لتر

مثال ( PageIndex {2} ):

يبلغ حجم عينة الغاز الأولي 34.8 لترًا ودرجة الحرارة الأولية -67 درجة مئوية. ما هي درجة حرارة الغاز حتى يكون حجمه 25.0 لترًا؟

المحلول

خطوات حل المشكلات

حدد المعلومات "المعطاة" وما تطلب منك المشكلة "العثور عليه".

معطى:

معطى:تي1 = -27اج و الخامس1 = 34.8 لتر

الخامس2 = 25.0 لتر

يجد: تي2 =؟ ك

ضع قائمة بالكميات الأخرى المعروفة.

ك = -27اج +273

خطط للمشكلة.

1. تحويل درجة الحرارة الأولية إلى كلفن

2. أعد ترتيب المعادلة جبريًا لحل المعادلة (T_2 ).

[T_2 = frac {V_2 مرات T_1} {V_1} ]

إلغاء الوحدات والحساب.

1. -67 درجة مئوية + 273 = 206 كلفن

2. استبدل الكميات المعروفة في المعادلة وحلها.

[T_2 = frac {25.0 : إلغاء { text {L}} times 206 : text {K}} {34.8 : Cancel { text {L}}} = 148 : text {ك}]

فكر في نتيجتك.هذا أيضًا يساوي −125 درجة مئوية. مع انخفاض درجة الحرارة ، يتناقص الحجم - وهو ما يحدث في هذا المثال.

تمرين ( PageIndex {2} )

لو الخامس1 = 623 مل ، تي1 = 255 درجة مئوية ، و الخامس2 = 277 مل ، ما هو تي2?

إجابه

235 كلفن أو -38 درجة مئوية

ملخص

  • يربط قانون تشارلز حجم ودرجة حرارة الغاز عند ضغط وكمية ثابتة.

المساهمات والسمات


13.03: قوانين الغاز - تشارلز لو - الحجم ودرجة الحرارة

عرض معملي ممتع يتم فيه وضع بالون منتفخ بالكامل في نيتروجين سائل (عند درجة حرارة & ndash196 & # 730C) ويتقلص إلى حوالي 1/1000 من حجمه السابق. إذا تمت إزالة البالون بعناية وتركه ليدفأ إلى درجة حرارة الغرفة ، فسيتم نفخه بالكامل مرة أخرى.

هذا عرض بسيط لتأثير درجة الحرارة على حجم الغاز. في عام 1787 ، أجرى جاك تشارلز دراسة منهجية لتأثير درجة الحرارة على الغازات. أخذ تشارلز عينات من الغازات في درجات حرارة مختلفة ، ولكن عند نفس الضغط ، وقام بقياس أحجامها.

أول شيء يجب ملاحظته هو أن الحبكة هي خطي. عندما يكون الضغط ثابتًا ، يكون الحجم دالة خطية مباشرة لدرجة الحرارة. جاء هذا على النحو قانون تشارلز ورسكووس.

الحجم (الخامس) للغاز المثالي يختلف مباشرة مع درجة حرارة الغاز (تي) عند الضغط (ص) وعدد الشامات (ن) الغاز ثابتة.

يمكننا التعبير عن هذا رياضيا على النحو التالي:

[V propto T at ثابت P و n ]

البيانات الخاصة بثلاث عينات مختلفة من نفس الغاز هي كما يلي: 0.25 مول ، 0.50 مول و 0.75 مول. تتصرف كل هذه العينات وفقًا لما تنبأ به قانون Charles & rsquos (جميع المؤامرات خطية) ، ولكن إذا استقررت كل سطر من الأسطر إلى ذ- المحور (محور درجة الحرارة) ، تتقاطع الخطوط الثلاثة في نفس النقطة! هذه النقطة ، مع درجة حرارة & ndash273.15 & # 730C ، هي النقطة النظرية حيث سيكون للعينات & ldquozero volume & rdquo. تسمى درجة الحرارة هذه ، -273.15 & # 730 درجة مئوية الصفر المطلق. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن قيمة الصفر المطلق مستقلة عن طبيعة الغاز المستخدم. الهيدروجين والأكسجين والهيليوم والأرجون (أو أيا كان) ، تظهر جميع الغازات نفس السلوك و الكل تتقاطع في نفس النقطة.

تؤخذ درجة حرارة نقطة التقاطع هذه على أنها & ldquozero & rdquo على مقياس درجة حرارة كلفن. الاختصار المستخدم في مقياس كلفن هو ك (لا توجد علامة درجة) وهناك أبدا القيم السالبة بالدرجات كلفن. حجم الزيادة في كلفن مطابق لتلك الموجودة في مقاييس Centigrade و Kelvin و Centigrade المرتبطة بالتحويل البسيط:

يرجى ملاحظة أنه عندما تعمل في مسائل قانون الغاز حيث تكون درجة الحرارة متغيرًا واحدًا ، يجب عليك استخدام مقياس كلفن.

لدينا وعاء به مكبس يمكننا استخدامه لضبط الضغط على الغاز بداخله. قيل لك ، مبدئيًا ، أن درجة حرارة الغاز في الحاوية هي 175 كلفن والحجم 1.50 لتر ، وتغيرت درجة الحرارة إلى 76 كلفن ، ثم يتم ضبط المكبس بحيث يكون الضغط مطابقًا للضغط في البداية. اذكر ما هو الحجم النهائي؟


التحقق التجريبي من قانون بويل

ضع في اعتبارك وجود غاز في اسطوانة بمكبس متحرك عند 25 درجة مئوية. الاسطوانة مزودة بمقياس ضغط لقراءة ضغط الغاز مباشرة.

دع الحجم الأولي للغاز الموجود في الأسطوانة هو 1dm 3 والضغط 2 atm.

التحقق التجريبي من قانون بويل & # 8217

P1vi = 2 x 1 = 2 atm dm 3 atm = k

عندما يتضاعف الضغط على الغاز ، يصبح حجمه نصف.

وهكذا فإن P = 4 atm و V = 1.2 dm 3

لذلك ، ص2الخامس2 = 4 x ½ = 2atm dm 3 = k

وبالمثل ، إذا تضاعف الضغط ثلاث مرات (6 ضغط جوي) على الغاز ، ينخفض ​​حجمه إلى 1/3.

ص3الخامس3 = 6 x 1/3 = 2 atm dm 3 = k

نظرًا لأن منتج P و V ثابت دائمًا. ومن ثم تم التحقق من قانون بويل.

مثال على قانون بويل & # 8217

يتم وضع غاز حجمه 10 dm 3 في وعاء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية والضغط 2.5 ضغط جوي. يُسمح لهذا الغاز بالتمدد حتى يصبح الضغط الجديد 2 ضغط جوي. ماذا سيكون الحجم الجديد لهذا الغاز إذا تم الحفاظ على درجة الحرارة عند 273 كلفن؟

مثال على قانون بويل & # 8217

مثال

قياس درجة الحرارة بتغيير الحجم

تُقاس درجة الحرارة أحيانًا بميزان حرارة غاز من خلال ملاحظة التغير في حجم الغاز مع تغير درجة الحرارة عند ضغط ثابت. يبلغ حجم الهيدروجين الموجود في مقياس حرارة غاز الهيدروجين 150.0 سم 3 عند غمره في خليط من الثلج والماء (0.00 درجة مئوية). عند غمره في سائل النشادر ، يكون حجم الهيدروجين ، عند نفس الضغط ، 131.7 سم 3. أوجد درجة حرارة غليان الأمونيا على مقياسي كلفن وسلزيوس.

المحلول

تغيير الحجم الناجم عن تغير درجة الحرارة عند ضغط ثابت يعني أنه يجب علينا استخدام قانون تشارلز. مع الأخذ الخامس1 و تي1 كقيم أولية ، تي2 مثل درجة الحرارة التي يكون الحجم غير معروف و الخامس2 كحجم غير معروف ، وتحويل درجة مئوية إلى كلفن لدينا:

بطرح 273.15 من 239.8 كلفن ، نجد أن درجة حرارة غليان الأمونيا على مقياس سلزيوس هي -33.4 درجة مئوية.

[السمات والتراخيص]

هذه المقالة المعدلة مرخصة بموجب ترخيص CC BY-NC-SA 4.0.

لاحظ أن مقطع (مقاطع) الفيديو في هذا الدرس يتم توفيره بموجب ترخيص YouTube قياسي.


Charles & # 39s Law هو قانون غاز مثالي حيث يكون حجم الغاز المثالي عند الضغط المستمر متناسبًا طرديًا مع درجة حرارته المطلقة.

درس جاك تشارلز العلاقة بين الحجم (V) ودرجة الحرارة (T) للغاز المحصور عند ضغط ثابت ورأى كيف يميل الغاز إلى الزيادة في الحجم عند تسخينه.

تم نشره لأول مرة من قبل الفيلسوف الطبيعي الفرنسي جوزيف لويس جاي لوساك في عام 1802 ، على الرغم من أنه نسب هذا الاكتشاف إلى عمل غير منشور من ثمانينيات القرن الثامن عشر لجاك تشارلز.


11.5: قانون تشارلز: الحجم ودرجة الحرارة

درس تشارلز انضغاطية الغازات بعد قرن تقريبًا من بويل. لاحظ في تجاربه & quot؛ عند ضغط ثابت ، يتناسب حجم الغاز مع درجة حرارة الغاز. & quot ؛ التجربة بسيطة: (انظر الشكل على اليسار)

يتم غمر أسطوانة بها مكبس وغاز في حمام (مثل الماء). يتم وضع كتلة فوق المكبس مما ينتج عنه ضغط على الغاز. هذه الكتلة ثابتة مما يعني أن الضغط على الغاز ثابت. يتم قياس حجم الغاز مع زيادة درجة الحرارة ورسم نقطة بيانات V مقابل T. يستمر هذا على مدى واسع من درجات الحرارة. لمعرفة ما يحدث ، ضع مؤشر الماوس فوق الصورة.

الخط المستقيم يعني

مما يشير إلى أننا نحدد درجة حرارة جديدة T (مقياس درجة حرارة كلفن) على النحو الذي يؤدي إلى

ما هو قانون شارل (ثابت P و n)

مثال: في التجربة أعلاه ، كان الحجم الأولي ودرجة حرارة الغاز 0.5 لتر ، 5 درجة مئوية. بافتراض ثبات ضغط الغاز وعدد مولاته ، ما هو حجم الغاز إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 80 درجة مئوية؟ دع T1 و V1 هما درجة الحرارة والحجم الأوليان ودع T2 و V2 هما درجة الحرارة والحجم النهائيين. ثم وفقًا لقانون تشارلز ،


ما هو قانون Charles & # 8217s؟

يُظهر قانون Charles & # 8217s العلاقة بين الصوت و درجة الحرارة، ولكن لكي يكون قانون تشارلز صحيحًا ، يجب أن يظل الضغط وكمية الغاز كما هي ، يجب أن تظل ثابتة. يمكن التعبير عن قانون Charles & # 8217s في المعادلة V = k مرة T ، حيث V = الحجم ، k ثابت ، (بمعنى أنه & # 8217s دائمًا هو نفسه) و T هي درجة الحرارة المطلقة المعبر عنها في kelvins.

لنفترض أن الثابت كان 2 ، (أنا فقط أقوم بهذا الرقم ، حسنًا) ودرجة الحرارة 5 ، والحجم هو 10. هذه المعادلة منطقية. هذا هو الحجم ، هذا هو الثابت ، وهذه هي درجة الحرارة. لنفترض الآن أن الحجم هو 6 ، حسنًا ، يجب أن يكون الثابت هو نفسه لأنه & # 8217s دائمًا هو نفسه ، مضروبًا في T — في محاولة لمعرفة درجة الحرارة التي ستكون.

باستخدام الجبر ، نقسم كلا الجانبين على 2 ، و T يساوي 3. الآن (أنا & # 8217 م سأقوم فقط بمحو كل هذه السرعة الحقيقية) T يساوي 3 ، لذلك انخفض الحجم وكذلك درجة الحرارة ، لذلك يمكننا أن نرى هنا الحجم و ترتبط درجة الحرارة ارتباطًا مباشرًا. بمعنى آخر ، ما يحدث لمتغير واحد سيحدث أيضًا للمتغير الآخر.

إذا انخفض الحجم ، ستنخفض درجة الحرارة إذا انخفضت درجة الحرارة سينخفض ​​الحجم أيضًا وإذا زاد الحجم ستزداد درجة الحرارة وإذا زادت درجة الحرارة سيزداد الحجم أيضًا. الآن ، أريد أن ألقي نظرة على تطبيق عملي أكثر لقانون Charles & # 8217s.

يمكننا أيضًا التعبير عن قانون Charles & # 8217s مثل هذا: V_1 مقسومًا على T_1 ، يساوي V_2 ، مقسومًا على T_2. انظر الآن إلى مثال هذا السؤال: بالون سعة 2.0 لتر عند درجة حرارة 223 كلفن. عند تسخين البالون إلى 323 كلفن ، ما هو الحجم؟ هذا هو المجلد الأول هنا ، لذا & # 8217s V_1 ، يكون بدرجة حرارة 223 ، لذا & # 8217s T_1.

ثم يتم تسخين البالون إلى 323 ، بحيث & # 8217s T_2 ، فما هو الحجم؟ V_2 هو ما نبحث عنه هنا & # 8217re ، لذلك نحتاج إلى الحصول على V_2 بمفرده في جانب المعادلة. لاحظ الآن هنا أن درجة الحرارة قد تغيرت ، فقد انتقلت من 223 إلى 323 (نظرًا لأن درجة الحرارة تغيرت أيضًا هنا ، أو أعذرني).

نظرًا لتغير درجة الحرارة ، يجب أيضًا تغيير الحجم هنا ، لذلك & # 8217s لماذا نبحث عن V_2 ، ونلاحظ أن درجة الحرارة قد ارتفعت من 223 إلى 323 ، لذلك زادت. يمكننا أيضًا معرفة أن الحجم سيزداد ، وسنرى ذلك بعد قليل بمجرد عمل هذه المعادلة. & # 8217 سنضرب كلا الطرفين في T_2 لنحصل على V_2 بنفسه في جانب المعادلة. ثم سنقوم بعمل V_2 يساوي (حسنًا) T_2 يساوي 323 كيلو ، مضروبًا في V_1 ، وهو 2.0 لتر.

ثم اقسم على T_1 ، والتي تساوي 223 كيلو. الآن سأوفر عليك & # 8217ll القيام بكل العمليات الحسابية ، لذا فإن الإجابة هي 2.90. الآن علينا أن نضع الوحدات الصحيحة هنا ، يمكننا شطب ks ، وبالتالي فإن الشيء الوحيد المتبقي هو L ، وهذا يجب أن يكون صحيحًا لأن الحجم يُعبر عنه دائمًا باللتر ، ولن يتم التعبير عنه أبدًا في درجة حرارة وحدة.

حسنًا ، لاحظ هنا أن الحجم كان في الأصل 2 والآن هو & # 8217s 2 و 9 أعشار ، وكانت درجة الحرارة في الأصل 223 والآن أصبحت & # 8217s 323 ، لذلك ارتفعت درجة الحرارة ، وبما أن درجة الحرارة والحجم مرتبطان بشكل مباشر زاد الحجم أيضًا. الآن، قانون تشارلز & # 8217 منطقي لأن تخيل بالونًا مليئًا بجزيئات غاز معين.

حسنًا ، إذا تم تسخين هذا الغاز ، فستبدأ الجزيئات في التحرك بشكل أسرع. عندما يبدأ الجزيء في التحرك بشكل أسرع ، يبدأ في الارتطام بجوانب البالون في كثير من الأحيان ، ويبدأ في دفع جدران البالون للخارج لزيادة حجم البالون.

الآن إذا تم تبريد البالون ، فإن الجزيئات الموجودة بداخله تبدأ في التحرك بشكل أبطأ ، ولا تبدأ في ضرب جوانب الجدار كثيرًا. نظرًا لأنها & # 8217re لا تصطدم بجوانب الجدار كثيرًا ، تبدأ الجدران في الظهور ويقل الحجم. هذا & # 8217s تطبيق عملي لقانون Charles & # 8217s. الشيء المهم الذي يجب تذكره هو أن الحجم ودرجة الحرارة مرتبطان ارتباطًا مباشرًا.


تشارلز & # 8217 لو

ببساطة ، ينص Charles & rsquo Law على ما يلي: عند الضغط المستمر ، يزداد حجم كتلة معينة من الغاز المثالي أو ينقص بنفس عامل درجة حرارته (في كلفن) أو ينقص.

على الرغم من أن الصيغ والمفهوم النهائي لقانون Charles & rsquo قد تم تطويرهما بواسطة جوزيف جاي لوساك في عام 1802 ، إلا أن جاك تشارلز جاء بمعظم الأفكار أولاً ومن ثم اسم القانون.

كان جاك تشارلز متعطشًا للمنطاد و - كان الطيران في بالونات الهواء الساخن من الأشياء الساخنة جدًا في ذلك الوقت. في محاولة لتحسين أداء بالونات الهواء الساخن ، درس تشارلز العلاقة بين الهواء في البالون في حالته الطبيعية والهواء في البالون عند تسخينه. تم أخذ القياسات التفصيلية وتسجيلها. لقد حرص بشدة على الحفاظ على جميع خصائص الغاز ثابتة (أي دون تغيير) باستثناء درجة الحرارة والحجم. باستخدام الزئبق (المادة الموجودة في موازين الحرارة التي ترتفع عند تسخين مقياس الحرارة) وماء الحمام الدافئ ، تمكن من تحديد زيادة حجم الغاز مع زيادة درجة حرارة الغاز.

ربما لاحظت هذا التأثير عندما ترمي عوامة في حوض السباحة. قد يبدو حوض السباحة القابل للنفخ منفوخًا بعد بضع دقائق في المسبح. هذا ليس بسبب تسرب في العوامة ولكن بسبب درجة حرارة الماء في البركة التي تعمل على تبريد العوامة وتقليل حجم الغاز فيها.

في الرسم البياني أدناه ، لاحظ أنه عندما تسخن النار الغاز (المادة الصفراء مع ما هو ريكو عبارة عن فلفل أسود) ، فإن الأوزان (الأشياء الخضراء) تدفع للأعلى مع تمدد الغاز. يوضح الرسم البياني إلى اليسار الزيادة المستمرة في الحجم (V) ودرجة الحرارة (T).

ملاحظة مثيرة للاهتمام حول تشارلز & - قام بأول رحلة له بمنطاد هيدروجين في عام 1783. هبط خارج باريس ودمره الفلاحون المرعوبون الذين لم يكن لديهم أدنى فكرة عن الجهاز الغريب.


قوانين الغاز: الضغط والحجم ودرجة الحرارة

بعد نشر قانون Boyle & # 8217s من قبل روبرت بويل في عام 1662 ، افترض جاك تشارلز في عام 1780 وأكد في عام 1802 أن حجم كتلة معينة من الغاز سيتغير وفقًا لـ درجة الحرارة المطلقة من الغاز. في هذا الوقت ، لم يعرف أحد الطبيعة الحقيقية للغازات.

ينص قانون Charles & # 8217s على أنه في ظل حالة الضغط المستمر ، فإن حجم كتلة معينة من الغاز المثالي يتناسب طرديًا مع درجة حرارته المطلقة. عند وضعه في شكل رياضي ، يصبح قانون Charles & # 8217s المعادلة 4.6.

المعادلة 4.6

في هذه المعادلة ، الخامس هو حجم كمية ثابتة من الغاز من حيث عدد المولات أو الكتلة و تي هي درجة الحرارة المطلقة. تظهر العلاقة الخطية بين الحجم ودرجة الحرارة في الشكل 4.2.

الشكل 4.2 مؤامرة الحجم الخامس مقابل درجة الحرارة المطلقة تي لغاز عند ضغط مستمر

تمامًا كما فعلنا من قبل ، يمكن إعادة كتابة المعادلة 4.6 ثم استخدامها لإظهار الأحجام قبل وبعد تغيير درجة الحرارة ، مما ينتج عنه المعادلة 4.7.

المعادلة 4.7

يشير الحرفان 1 و 2 إلى الحالات قبل التغيير وبعده. تذكر ، يجب استخدام درجات الحرارة المطلقة. كما هو مذكور في الفصل 3 ، & # 8220Units of Measure & # 8221 ، يتم قياس مقياس درجة الحرارة المطلق نسبيًا من الصفر المطلق حيث تتوقف كل الحركة. في مقياس درجة الحرارة المئوية ، حيث يتم تعريف نقطة تجمد الماء النقي على أنها صفر درجة مئوية (0 & # 176 درجة مئوية) ونقطة غليان الماء عند 1 جو من الضغط تُعرف بأنها مائة درجة مئوية (100 & # 176 درجة مئوية) الصفر المطلق تكون تقريبًا & # 8211273.15 & # 176C. بالنسبة لمقياس فهرنهايت ، مع تعريف 32 & # 176F و 212 & # 176F كنقاط التجمد والغليان ، على التوالي ، الصفر المطلق هو & # 8211459.67 & # 176F. تتم مناقشة درجة الحرارة المطلقة بمزيد من التفصيل في القسم التالي.

كما هو الحال مع قانون Boyle & # 8217s ، يمكن إعادة كتابة المعادلة 4.7 لإعطاء المعادلة 4.8.


مثال على قانون تشارلز

يحتل الغاز 300 سم 3 عند درجة حرارة صفر مئوية وضغط 670 ملم زئبق. كم سيكون حجمه عند 100 درجة مئوية؟

ANS = كما نعلم




أين،

V1 = 300 سم 3
T1 = 273 ك (0 + 273)
T2 = 373 ك (100 + 273)

الآن نضع جميع القيم في صيغة قانون تشارلز أعلاه التي نحصل عليها ،

300 × 373 = V2 × 273

عند الحل ،
الحجم النهائي V2 = 409.89 سم 3

هذا كل ما يخص هذا المنشور. إذا أعجبك هذا المقال ، شاركه إذا أعجبك ، أعجبك إذا شاركته. يمكنك أيضًا أن تجدنا على Mix و Twitter و Pinterest و Facebook.


شاهد الفيديو: Gas laws #2 قانون شارل (شهر اكتوبر 2021).