Charles Law Formule in enote, eksperimentiranje, vaje

The Charles Law ali Guy-Lussac je tisti, ki omogoča izjavo ene od lastnosti plinastega stanja: prostornina, ki jo zaseda plin, je sorazmerna s temperaturo pri konstantnem tlaku.

Ta sorazmernost je linearna za vse temperature, če je zadevni plin idealen; Kraljevi plini na drugi strani odstopajo od linearnega trenda pri temperaturah blizu njihove kondenzacijske točke. Vendar to ni omejilo uporabe tega zakona za neskončne aplikacije, kjer sodelujejo plini.

Kitajske luči ali želje. Vir: pxhere.

Ena izmed odličnosti Charlesovega zakona je prisotnost v aerodinamičnih balonih. Drugi preprostejši baloni, kot so želje, imenujejo tudi kitajska svetilka.

Zakaj stalen pritisk? Ker če bi se tlak povečal, bi to pomenilo, da je posoda, kjer se nahaja plin, tesno zaprta; In s tem bi trki ali vplivi plinastih delcev na notranje stene omenjene posode (zakon Boyle-Maleotte) povečali trke ali vplive notranjih delcev (zakon o Boyle-Maleotte).

Zato ne bi bilo sprememb v količini, ki ga zaseda plin, in Charlesov zakon ne bi bil strogo. V nasprotju s hermetično posodo, tkivo balonov želje predstavlja mobilno pregrado, ki se lahko razširi ali sklene, odvisno od tlaka, ki ga ima plin v notranjosti.

Ko pa se balonsko tkivo razširi, notranji tlak plina ostane konstanten, ker poveča območje, nad katerim se trčijo njegovi delci. Višja je temperatura plina, večja je kinetična energija delcev in zato število trkov.

In ko se globus spet razširi, ostajajo trki proti njegovim notranjim zidom konstantni (v idealnem primeru).

Torej, bolj vroča je plin, večja je širitev sveta in bolj se bo dvignil. Rezultat: rdečkaste (čeprav nevarne) luči, ki so bile v noči december suspendirane na nebu.

[TOC]

Kaj je Charlesov zakon?

Izjava

Tako imenovani Charlesov zakon ali zakon Gay-Lussac pojasnjuje odvisnost med prostornino, ki jo zaseda plin, in vrednostjo njegove absolutne temperature ali Kelvinove temperature.

Zakon je mogoče določiti na naslednji način: če tlak ostane konstanten, je izpolnjeno, da "za dano maso plina poveča glasnost za 1/273 -krat približno približno količino na 0 ° C, za vsako stopinjo Celzija (1 ° C ) to poveča njeno temperaturo ".

Službe

Raziskovalna dela, ki so omogočila vzpostavitev zakona, je v 1780-ih začela Jacques Alexander Cesar Charles (1746-1823). Vendar Charles ni objavil rezultatov svojih preiskav.

Kasneje je John Dalton leta 1801 uspel eksperimentalno ugotoviti, da se vsi plini in hlapi, ki jih je preučeval, razširijo med dvema določenima temperaturama v isti glasnosti. Te rezultate je v letu 1802 potrdil Gay-Lussac.

Raziskovalna dela Charlesa, Daltona in Gay-Lussaca so dovolila, da ugotovijo, da sta prostornina, ki jo zaseda plin in njegova absolutna temperatura, neposredno sorazmerna. Zato obstaja linearno razmerje med temperaturo in prostornino plina.

Lahko vam služi: metode ločevanja heterogenih mešanic

Graf

T proti V graf za idealen plin. Vir: Gabriel Bolívar.

Realizacija grafa (zgornja slika) volumna plina proti temperaturi ustvari ravno črto. Presečišče črte z osjo x pri temperaturi 0 ° C omogoča pridobitev volumna plina pri 0 ° C.

Prav tako bi presečišče črte z osjo X dalo informacije o temperaturi, za katero bi bil volumen, ki ga zaseda plin, nič "0". Dalton je to vrednost ocenil na -266 ° C, blizu vrednosti, ki jo je predlagal Kelvin za absolutni (0) absolut.

Kelvin je predlagal temperaturno lestvico, katere ničla naj bi bila temperatura, pri kateri bi imel popoln plin volumen nič. Toda pri teh nizkih temperaturah se plini utekočinejo.

Zato ne moremo govoriti o količinah plinov kot takih in ugotoviti, da mora biti vrednost za absolutno ničlo -273,15 ° C.

Formule in merilne enote

Formule

Charlesov zakon v svoji sodobni različici kaže, da sta prostornina in temperatura plina neposredno sorazmerna.

Tako:

V / t = k

V = prostornina plina. T = Kelvin temperatura (k). K = konstanta sorazmernosti.

Za zvezek V₁ in temperatura t₁

k = v₁ / T₁

Tudi za zvezek V₂ in temperatura t₂

k = v₂ / T₂

Nato ujemanje z dvema enačbama za K

V₁ / T₁ = V₂ / T₂

To formulo lahko zapišemo na naslednji način:

V₁ · T₂ = V₂ · T₁

Kliranje v₂, Formula se dobi:

V₂ = V₁ · T₂ / T₁

Enote

Obseg plina se lahko izrazi v litrih ali v kateri koli od svojih izpeljanih enot. Prav tako se lahko glasnost izrazi v kubičnih metrih ali v kateri koli izpeljani enoti. Temperatura mora biti izražena v absolutni temperaturi ali kelvinski temperaturi.

Torej, če so temperature plina izražene v Celzija ali Celzijevi lestvici, da bi z njimi opravili izračun, je treba temperaturi dodati količino 273,15 ° C, da bi jih popeljali do absolutnih temperatur ali Kelvina.

Če so temperature izražene v stopinjah Farenheit, jih je treba dodati tem temperaturam 459,67 °r.

Druga znana formula Charlesovega zakona in neposredno povezana z njegovo izjavo je naslednja:

V_t = V_tudi (1 + T/273)

Kjer v_t  To je prostornina, ki jo zaseda plin pri določeni temperaturi, izražen v litrih, CM³, itd.; in v_tudi To je prostornina, ki jo zaseda plin pri 0 ° C. T je T je temperatura, pri kateri se meri meritev volumna, izražena v stopinjah Celzija (° C) (° C).

In končno 273 predstavlja absolutno ničelno vrednost na Kelvinovi temperaturni lestvici.

Eksperimentirajte, da dokažemo zakon

Pritrditev

Zbor poskusa, da bi pokazal Charlesov zakon. Vir: Gabriel Bolívar.

V posodi za vodo, ki je izpolnila funkcijo vodne kopeli, je bil odprt valj nameščen z zgornjim delom z batom, ki se je prilagodil notranji steni valja (nadrejena slika).

Ta bat (ki ga tvorita bat in dve črni podlagi) se lahko premakne na zgornji ali spodnji del valja, odvisno od prostornine plina, ki ga je vseboval.

Vodno kopel je mogoče segreti z uporabo lažke ali ogrevalne naprave, ki je dobavila toploto, potrebno za povečanje temperature kopalnice, in zato temperaturo jeklenke, opremljene z batom.

Vam lahko služi: kalcijev hidroksid (Ca (OH) 2): struktura, lastnosti, pridobivanje, uporabe

Na batu je bila nameščena določena masa, da se zagotovi poskus ob konstantnem tlaku. Temperatura kopalnice in valja smo merili s termometrom, nameščenim v vodno kopeljo.

Čeprav verjetno valj ni imel diplomiranja za vizualizacijo volumna zraka, bi to lahko ocenili z merjenjem višine, ki jo je masa postavila na bat in površino baze valja.

Razvoj

Prostornina valja dobimo tako, da pomnožimo površino njegove osnove po njegovi višini. Površino baze valja lahko dobimo z uporabo formule: s = pi x r².

Medtem ko se višina dobi z merjenjem razdalje od dna valja, do bata, na katerem testo počiva.

Ker se je temperatura kopalnice povečala s toploto, ki jo proizvaja lažja, so opazili, da se je bat dvignil znotraj valja. Nato preberejo temperaturo v vodni kopeli v termometrih, ki ustreza notranjosti valja.

Izmerijo tudi višino testa na batu in lahko ocenijo prostornino zraka, ki ustreza izmerjeni temperaturi. Na ta način so naredili več temperaturnih meritev in ocen volumna zraka, ki ustrezajo vsaki temperaturi.

To bi lahko končno ugotovilo, da je prostornina, ki jo zaseda plin, neposredno sorazmerna z njegovo temperaturo. Ta sklep je omogočil navedbo tako imenovanega Charlesovega zakona.

Globo z ledom pozimi

Poleg prejšnjega poskusa obstaja enostavnejša in bolj kvalitativna: pozimi balona z ledom.

Če bi pozimi postavili balon, poln helija v sobi z ogrevanjem, bi imel globus določeno prostornino; Toda, če bi se nato z nizko temperaturo premaknili na zunanjost hiše, bi opazili, da se helijev balon skrči in zmanjšuje glasbo v skladu s Charlesovim zakonom.

Rešene vaje

Vaja 1

Imate plin, ki zaseda prostornino 750 cm³ pri 25 ° C: kakšen bo volumen, ki ga ta plin zaseda pri 37 ° C, če se ohrani konstanten tlak?

Treba je najprej spremeniti temperaturne enote v Kelvin:

T₁ V stopinjah Kelvin = 25 ° C + 273,15 ° C = 298,15 K

T₂ V stopinjah Kelvin = 37 ° C + 273,15 ° C = 310,15 K

Ker je znano v₁ in druge spremenljivke se razčisti v₂ In se izračuna z naslednjo enačbo:

V₂ = V₁ · (T₂ / T₁)

= 750 cm³ · (310,15 K / 298,15 K)

= 780,86 cm³

Vaja 2

Kakšna bi bila temperatura v stopinjah Celzija, na katero je treba 3 litre plina segreti na 32 ° C, tako da se njegova prostornina razširi na 3,2 litra?

Spet se Celzijeva stopinja v Kelvinu preoblikuje:

T₁ = 32 ° C + 273,15 ° C = 305,15 K

In tako kot v prejšnji vaji je t očiščen₂ Namesto v₂, in nato izračuna:

T₂ = V₂ · (T₁ / V₁)

= 3,2 l · (305,15 K / 3 L)

= 325,49 K

Toda izjava zahteva stopnje Celzija, zato se enota t spremeni₂:

T₂ V stopinjah Celzija = 325, 49 ° C (K) - 273,15 ° C (K)

Vam lahko služi: pascal brizgo

= 52,34 ° C

Vaja 3

Če plin pri 0 ° C zasede prostornino 50 cm³, Kakšno prostornino bo zasedel pri 45 ° C?

Uporaba prvotne formule Charlesovega zakona:

V_t = V_tudi (1 + T /273)

Nadaljujte z izračunom v_t Neposredno, ko odstranite vse spremenljivke:

V_t = 50 cm³ + 50 cm³ · (45 ° C / 273 ° C (K))

= 58,24 cm³

Po drugi strani pa bomo, če se težava reši s strategijo primerov 1 in 2, imeli:

V₂ = V₁ · (T₂ / T₁)

= 318 K · (50 cm³ / 273 K)

= 58,24 cm³

Rezultat, uporaba obeh postopkov, je enak, ker na koncu temeljita na istem načelu Charles Law.

Prijave

ŽELITEV

Baloni želje (že omenjene v uvodu) so opremljeni s tekstilnim materialom, impregniranim z gorljivo tekočino.

Ko požar izstreli ta material, se v svetu vsebova zvišanje temperature zraka, kar povzroči povečanje obsega plina v skladu s Charlesovim zakonom.

Zato se s povečanjem volumna zraka na svetu gostota zraka v njem zmanjšuje, kar je manj kot gostota okoliškega zraka, in zato se globus vzpenja.

Pop-up termometri ali purani

Kot je navedeno po njegovem imenu, se uporabljajo med kuhanjem puranov. Termometer ima posodo, polno zaprtega zraka s pokrovom in je kalibriran tako, da pri doseganju optimalne temperature kuhanja pokrov dvigne tako, da oddaja zvok.

Termometer je nameščen znotraj purana, in ko se temperatura v pečici povečuje, se zrak znotraj termometra širi, kar povečuje njegovo volumen. Torej, ko volumen zraka doseže določeno vrednost, se dviga termometer dviga.

Okrevanje oblike kroglic za ping-pong

Kroglice za ping-pong, odvisno od zahtev njihove uporabe, so lahke in njihove stene plastike so malo debele. Zaradi tega vplivajo loparji, ki trpijo.

Z namestitvijo deformiranih kroglic v vročo vodo se segreje zrak v notranjosti in pojavi se njegova širitev, kar vodi do povečanja volumna zraka. To povzroči tudi raztežaj stene kroglic za ping-pong, kar omogoča obnovo prvotne oblike.

Izdelava PAES

Kvaste so vgrajene v pšenično moko, ki se uporablja za izdelavo kruha in imajo možnost proizvodnje plina ogljikovega dioksida.

S povečanjem temperature kruha med kuhanjem se količina ogljikovega dioksida poveča. Zaradi tega se pojavi širitev kruha, dokler ne dosežemo želenega volumna.

Reference

1. Clark J. (2013). Zakoni za oter za plin - Boyleov zakon in Charlesov zakon. Okrevano od: Chemguide.co.Združeno kraljestvo
2. STARSCIK ANDREW. (2018). Charlesov zakon. Pridobljeno od: scientimer.com
3. Wikipedija. (2019). Charles Law. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
4. Čelada, Todd. (27. december 2018). Kakšna je formula za Charlesov zakon? Okreval od: Thoughtco.com
5. Prof. N. Leva. (s.F.). Osnovni zakoni o plinu: Charles Law. C 101 Opombe razredov. Okreval od: iun.Edu
6. Briceño Gabriela. (2018). Charles Law. Okreval od: euston96.com
7. Morris, J. G. (1974). Fizikalnokemija za biologe. (2^daje izdaja). Uredništvo Reverté, s.Do.