찰스의 법칙 또는 볼륨의 법칙 고정 된 양의 가스의 부피와 온도가 일정한 압력에 비례한다고 말하는 이상적인 가스 법칙입니다. 가스의 온도를 두 배로 늘리면 부피가 두 배가됩니다. 가스의 온도를 절반으로 줄이면 부피가 절반으로 줄어 듭니다. 이 법은 1780 년대에 법을 공식화 한 프랑스 과학자 Jacques Charles로부터 이름을 얻습니다.
Charles의 법률은 일정한 압력에서 가스 온도를 증가시키는 것이 부피를 증가 시킨다고 말합니다.
Charles 's Law Formula
찰스 법을 공식으로 진술하는 몇 가지 방법이 있습니다.
v ∝ t
v/t =k
V =KT
v 1 /t 1 =v 2 /t 2
v 2 /v 1 =t 2 /t 1
v 1 t 2 =v 2 t 1
여기서, t는 절대 온도이고, V는 부피이고, k는 0이 아닌 일정하다. 절대 온도는 섭씨와 화씨 온도를 켈빈으로 변환해야한다는 것을 의미합니다. 부피 대 압력의 그래프는 선형 관계를 보여줍니다. 또한 가스가 액체 또는 고체로 바뀌기 때문에 가스가 도달 할 수는 없지만 라인은 원점을 향하게 지적합니다.
Charles의 법률 예제 계산
예제 #1
가스는 0 ° C 온도에서 221cm 및 760mm Hg의 압력을 차지합니다. 100 ° C에서 볼륨을 찾으십시오.
먼저 압력에 대해 걱정하지 마십시오. 숫자는 계산에 들어 가지 않습니다. 중요한 것은 그것이 일정하다는 것입니다.
방정식을 사용하십시오 :
v 1 /t 1 =v 2 /t 2
0 ° C 및 100 ° C를 Kelvin으로 변환합니다 :
v 1 =221cm; t 1 =273K (0 + 273); t 2 =373K (100 + 273)
값을 방정식에 연결하고 v 2 를 해결하십시오. :
v 1 /t 1 =v 2 /t 2
221cm / 273k =V 2 / 373K
v 2 =(221 cm) (373k) / 273k
v 2 =302 cm
예제 #2
27 ° C에서 시작하여 600 mL에서 700 ml로 부피를 변화시키는 경우 일정한 압력에서 질소 가스 샘플의 최종 온도를 찾으십시오.
.먼저 온도를 Kelvin으로 변환합니다.
t 1 =273 + 27
t 1 =300 K
다음으로 숫자를 연결하십시오.
v 1 /t 1 =v 2 /t 2
600 ml/300 k =700 ml/t 2
(t 2 ) (600 ml/300 K) =700 ml
t 2 =(700 ml)/(600 ml/300 K)
t 2 =(700 ml)/(2ml/k)
t 2 =350 k
왜 온도가 켈빈에 있어야하는지
Charles의 법률 계산은 켈빈 스케일과 같은 절대 척도의 온도가 필요합니다. 따라서 공식을 사용하려면 섭씨 또는 화씨에서 켈빈으로 변환해야합니다. 이에 대한 두 가지 이유가 있습니다. 첫째, 섭씨 및 화씨 척도의 음의 온도는 불가능한 음성 계산으로 이어질 수 있습니다. 둘째, 상대 척도를 사용하여 에너지는 제대로 스케일링되지 않습니다. 따라서 20k의 가스는 10K에서 가스 에너지의 두 배를 가지지 만 10 ° C 또는 20 ° F에 비해 20 ° C에서 가스와 동일하지 않습니다.
.Absolute Zero에서 어떻게 되는가?
다른 이상적인 가스 법률과 마찬가지로 찰스의 법칙은 극한 조건에서는 적용되지 않습니다. 절대 0에서는 의미가 없습니다. 첫째, 물질의 볼륨은 0을 가질 수 없습니다. 둘째, 일정한 압력의 가스는 결국 온도가 떨어짐에 따라 액체 또는 고체로 변합니다.
참조
- Fullick, P. (1994). 물리학 . 하이네만. ISBN 978-0-435-57078-1.
- Gay-Lussac, J. L. (1802). “recherches sur la ilatation des gaz et des vapeurs”[가스 및 증기의 확장에 관한 연구]. Annales de Chimie . 43 :137–75.
- Krönig, A. (1856). “Grundzüge Einer Theorie der Gase”. Annalen der Physik . 99 (10) :315–22. doi :10.1002/andp.18561751008
