ตัวอย่างกฎของชาร์ลส์

กฎแก๊สของชาร์ลส์ หรือ กฎความดันคงที่ เป็นกฎของแก๊สอีกชนิดหนึ่ง ประกาศโดย Gay-Lussac ผู้เผยแพร่ผลงานของ Jacques Charles ซึ่งตีพิมพ์เมื่อประมาณปี 20 ปีก่อน

กฎของชาร์ลส์ทำนายพฤติกรรมของมวลก๊าซเมื่อความดันคงที่และอุณหภูมิและปริมาตรแปรผัน

กฎของชาร์ลส์ระบุไว้ดังนี้:

ที่ความดันคงที่ ปริมาตรของก๊าซจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

แรงดันคงที่: หมายถึง ความจริงที่ว่าความดันที่ก๊าซกระทำต่อผนังของภาชนะนั้นจะไม่แปรผันไปตลอดประสบการณ์

ปริมาณ: เป็นพื้นที่ว่างที่แก๊สเข้าครอบครอง โดยทั่วไปแล้ว ถือว่าเป็นภาชนะที่มีผนังไม่เสียรูป และมีฝาปิดที่ทำงานเหมือนลูกสูบ

อุณหภูมิ: เป็นการเพิ่มขึ้นหรือสูญเสียความร้อนที่ก๊าซได้รับระหว่างการทดลอง หากอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปริมาตรจะเพิ่มขึ้น หากอุณหภูมิลดลง ปริมาตรจะลดลงด้วย

พีชคณิต กฎของชาร์ลส์แสดงด้วยสูตรต่อไปนี้:

ที่ไหน:

V = ปริมาตรแก๊ส

T = อุณหภูมิของแก๊ส

k = ค่าคงที่สัดส่วนของมวลก๊าซนั้น

ซึ่งหมายความว่าสำหรับมวลของก๊าซที่กำหนด ที่ความดันคงที่ ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรกับ ความแปรผันของอุณหภูมิ จะมีความสัมพันธ์แบบสัดส่วนเท่ากันเสมอ แทนด้วยค่าคงที่ เค:

ดังนั้นเมื่อกำหนดค่าคงที่แล้ว เราสามารถคำนวณค่าอื่นๆ จากข้อมูลที่ทราบอื่นๆ ได้:

3 ตัวอย่างกฎของชาร์ลส์ที่ใช้กับปัญหา:

ตัวอย่างที่ 1: คำนวณปริมาตรใหม่หากในภาชนะมีมวลก๊าซที่มีปริมาตร 1.3 ลิตรที่อุณหภูมิ 280 K คำนวณปริมาตรเมื่อถึงอุณหภูมิ 303 K

วี₁ = 1.3 ลิตร
NS₁ = 280 K
วี₂ = ?
NS₂ = 303 K

การแทนที่ค่า:

ปริมาณใหม่ที่ 303 K คือ 1.41 ลิตร

ตัวอย่าง 2. ถ้าเรามีก๊าซที่มีความจุ 2.4 ลิตร ที่ 10 องศาเซลเซียส ให้คำนวณอุณหภูมิสุดท้ายหากสิ้นสุดที่ 2.15 ลิตร

วี₁ = 2.4 ลิตร
NS₁ = 10 ° C = 283 K
วี₂ = 2.15 ลิตร
NS₂ = ?

การแทนที่ค่า:

อุณหภูมิใหม่คือ 253 K ซึ่งเท่ากับ -20 ° C

ตัวอย่างที่ 3. เรามีก๊าซที่มีอุณหภูมิเริ่มต้น 328 K ปริมาตรสุดท้ายคือ 3.75 ลิตร และอัตราส่วนคงที่คือ 0.00885

วี₁ = ?
NS₁ = 328 K
วี₂ = 3.75 ลิตร
NS₂ = ?
k = 0.00885

การแทนที่ค่า:

หากต้องการทราบปริมาณเริ่มต้น:

ปริมาตรเริ่มต้นคือ 2.90 ลิตร

หากต้องการทราบอุณหภูมิสุดท้าย:

อุณหภูมิสุดท้ายจะอยู่ที่ 423 K ซึ่งเท่ากับ 150 ° C