Il-liġi ta’ Charles hija liġi empirika, jiġifieri bbażata fuq osservazzjonijiet sperimentali, li tistabbilixxi r-relazzjoni bejn il-volum u t-temperatura ta’ gass meta l-pressjoni u l-massa jew in-numru ta’ moli jkunu kostanti. L-ewwel li enunzjaha kien il-fiżiku Franċiż Jacques Alexandre César Charles, fl-aħħar tas-seklu 18. Skont din il-liġi, il-volum ta ‘kampjun fiss ta’ gass miżmum fi pressjoni kostanti huwa direttament proporzjonali għat- temperatura assoluta . Fi kliem ieħor:
Din il-liġi tgħid li jekk gass jirdoppja f’temperatura assoluta, il-volum tiegħu jirdoppja wkoll. Fil-fatt, jekk it-temperatura tiġi mmultiplikata bi kwalunkwe fattur, il-volum jiġi mmultiplikat ukoll bl-istess fattur, sakemm l-ammont ta ‘gass u l-pressjoni tiegħu jinżammu kostanti.
Il-liġi ta’ Charles f’forma ta’ ekwazzjoni
Bħal kull liġi ta’ proporzjonalità, ir-relazzjoni ta’ hawn fuq tista’ tinkiteb mill-ġdid fil-forma ta’ ekwazzjoni sempliċiment billi tiġi introdotta kostanti xierqa ta’ proporzjonalità. Jiġifieri:
fejn K hija kostanti ta’ proporzjonalità li tiddependi fuq l-ammont ta’ gass u l-pressjoni tiegħu.
Kif wieħed jista ‘jara, din l-ekwazzjoni għandha l-forma ta’ funzjoni lineari li qed tiżdied bl-inklinazzjoni K. Huwa osservat b’mod sperimentali li din l-inklinazzjoni tiżdied man-numru ta ‘moli tal-gass u tonqos mal-pressjoni. Barra minn hekk, il-linji kollha li huma mibnija f’valuri differenti ta ‘P u n, meta estrapolati għal volum ta’ żero, jaqsmu l-assi tat-temperatura f’-273.15 °C, li jikkorrispondi għal żero assolut. Din l-imġieba tidher hawn taħt:
Bidliet fl-istat u l-liġi ta’ Charles
Il-liġi ta’ Charles tista’ tiġi rranġata mill-ġdid billi jiġi diviż iż-żewġ naħat tal-ekwazzjoni bit-temperatura, f’liema każ in-naħa tal-lemin tkun biss il-kostanti tal-proporzjonalità:
Fi kliem ieħor, il-liġi ta’ Charles tbassar li jekk il-pressjoni u n-numru ta’ moli jinżammu kostanti, ir-relazzjoni bejn il-volum u t-temperatura assoluta tibqa’ kostanti. Dan ifisser li jekk inwettqu proċess li fih gass jinbidel minn stat inizjali għal stat finali b’mod isobariku (f’P = kostanti), ir-relazzjoni bejn il-volum inizjali u t-temperatura tkun ugwali għar-relazzjoni bejn il-volum u t-temperatura finali, jiġifieri:
Din l-ekwazzjoni tista’ tintuża biex tiddetermina kemm il-volum kif ukoll it-temperatura inizjali jew finali, meta t-tliet varjabbli l-oħra jkunu diġà magħrufa.
Eżempji ta’ l-applikazzjoni tal-liġi ta’ Charles
Hawn taħt hemm żewġ eżempji ta ‘problemi tipiċi relatati mal-gass li jistgħu jiġu solvuti bl-użu tal-liġi ta’ Charles.
Eżempju 1: Irduppjar tal-volum
Iddetermina t-temperatura finali ta’ gass ideali li inizjalment ikun f’25°C u li jissaħħan sakemm il-volum tiegħu jiżdied għad-doppju tal-valur inizjali tiegħu.
Soluzzjoni
Id-dejta pprovduta mill-problema hija:
T i = 25 °C
V f = 2. V i
L-ewwel ħaġa li rridu nagħmlu hija li tittrasforma t-temperatura għal Kelvin, peress li l-liġi ta ‘Charles tirrelata l-volum mat-temperatura assoluta u l-iskala ċentigradi hija skala relattiva.
Issa nistgħu napplikaw il-liġi ta’ Charles biex niddeterminaw it-temperatura finali. M’għandniex bżonn inkunu nafu l-valuri tal-volumi, biss ir-relazzjoni bejniethom.
Għalhekk, it-temperatura finali se tkun 596.30 K jew 323.15 °C.
Eżempju 2: Tbaxxi t-temperatura bin-nofs
Jekk kampjun tal-elju kien oriġinarjament f’-130.15 ° C, imkessaħ għal -180.15 ° C bi pressjoni kostanti, u l-volum finali tiegħu rriżulta li kien 10.0 L, x’kien il-volum inizjali?
Soluzzjoni
F’dan il-każ, għandna d-dejta li ġejja:
T i = -130.15 °C
T f = -180.15 °C
V f = 10.0L
Bħal qabel, irridu nibdew billi niddeterminaw it-temperaturi assoluti, u mbagħad napplikaw il-liġi ta’ Charles.
Issa nistgħu napplikaw il-liġi ta’ Charles:
Il-kampjun tal-elju jrid ikun beda minn volum inizjali ta’ 15.38 L.
Il-liġi ta’ Charles kostanti tal-proporzjonalità u l-liġi tal-gass ideali
Il-liġi tal-gass ideali tirrappreżenta ekwazzjoni ta ‘stat li tiddeskrivi kompletament gass ideali meta nafu tlieta minn erba’ funzjonijiet ta ‘stat, jiġifieri pressjoni, temperatura, volum, jew numru ta’ moli. L-ekwazzjoni hija mogħtija minn:
fejn R hija l-kostanti tal-gass ideali universali, P hija l-pressjoni tal-gass, u l-varjabbli l-oħra kollha huma l-istess bħal fil-liġi ta ‘Charles. Din l-ekwazzjoni tista’ tinkiteb mill-ġdid bħala:
Din il-liġi tapplika għal gassijiet ideali taħt kwalunkwe sett ta’ kundizzjonijiet, inklużi dawk li fihom tapplika l-liġi ta’ Charles. Għalhekk, fil-każ li l-pressjoni u n-numru ta ‘moli jinżammu kostanti, l-espressjoni ta’ hawn fuq għandha tkun ekwivalenti għal-liġi ta ‘Charles. B’paragun, nistgħu naraw li l-kostanti tal-proporzjonalità tal-liġi ta’ Charles hija mbagħad ugwali għall-fattur fil-parentesi:
Kif wieħed jista ‘jara, din l-espressjoni għall-kostanti ta’ proporzjonalità taqbel mal-osservazzjoni sperimentali li tibqa ‘kostanti meta n u P huma kostanti; jiżdied hekk kif n jiżdied u jonqos hekk kif tiżdied P.
Referenzi
Britannica, L-Edituri tal-Enċiklopedija. (2020, 18 ta’ Frar). il-liġi ta’ Charles | Definizzjoni u Fatti . Enċiklopedija Britannica. https://www.britannica.com/science/Charless-law
Britannica, L-Edituri tal-Enċiklopedija. (2021, 8 ta’ Novembru). Jacques-Charles | fiżiku Franċiż . Enċiklopedija Britannica. https://www.britannica.com/biography/Jacques-Charles
Chang, R. (2021). Kimika ( 11 -il ed.). MCGRAW HILL EDUKAZZJONI.
Liġijiet tal-Gass . (nd). Chem.FSU. https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1045/gas_laws.html
Libretests. (2020, 22 ta’ Awwissu). Liġijiet tal-Gass: Ħarsa ġenerali . Kimika LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Physical_Properties_of_Matter/States_of_Matter/Properties_of_Gas_Lavers/Gas_Lavers/Gas_Lavers%
Libretests. (2021, 30 ta’ April). 14.4: Il-Liġi ta’ Charles . Kimika LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Introductory_Chemistry/Book%3A_Introductory_Chemistry_(CK-12)/14%3A_The_Behavior_of_Gases/14.04%3A_Charles’s_Law
