查爾斯定律:當壓力保持恒定時,氣體的體積V與溫度T成正比。查爾斯定律方程可以表示為:
V∝T
其中,V為氣體體積,T為溫度。
該定律規定了體積和溫度之間的線性關系。 溫度通常以 SI 單位開爾文 K 來測量。
1783年6月,約瑟夫和艾蒂安用熱空氣給直徑30英尺的氣球充氣,使其漂浮在空中。 這頭龐然大物在空中飛了 1.5 英里,然后被草和灰塵重新發現。 這個消息很快就傳遍了法國。
聽到這次飛行的消息后,雅克·亞歷山大·塞薩爾·查爾斯非常好奇,他決定用自己的氣球進行類似的實驗(他是一位著名的氣球愛好者 - 可能不是一個通常將這兩個詞放在一起的人)并制定了現在被稱為查爾斯定律。
查理做了一個簡單的實驗,用相同壓力和體積的不同氣體填充五個氣球。 然后將它們置于80攝氏度的高溫中。 他發現所有的氣球都充氣了。
查爾斯定律的解釋和表達
科學家麥克斯韋給出了準解釋。 他表明,氣體占據的空間大小僅與其粒子的運動有關。 顆粒不斷與容器碰撞。 無數氣體粒子的快速沖擊對容器表面產生了作用力。 該力轉化為一定量的壓力。
沖擊力并不重要,但通常沖擊會對容器表面施加很大的壓力。 例如,在氦氣球中,大約有〖10〗^24(一千億)個氦原子在氦氣球中每平方厘米的橡膠上撞擊,速度高達1英里/秒! 這個壓力稱為氣壓。
氣壓與某個區域內碰撞和力的大小成正比。 因此,碰撞次數越多,應力就越大。 重要的發現表明,氣體分子的運動和碰撞頻率取決于氣體的溫度。 這意味著較熱的氣體對壁施加更大的壓力并產生更大的壓力。 這就是蓋-呂薩克定律。
然而,我們必須認識到,只要容器的體積是剛性的且有界的,或者只是恒定的,壓力就會隨著溫度的升高而增加。 這對于泵來說很明顯,當我們推拉活塞時,泵會排出熱空氣。 但在這個過程中氣球本身會發生什么呢?
當與加熱的氣體接觸時,它的體積會增加,因為它的體積不固定 - 隨著球的膨脹什么是轉動定律,即使壓力增加,壓力也會以恒定的速率增加,被限制為恒定值。 隨著越來越多的熱氣體被泵入,橡膠膨脹,活性氣體顆粒跳躍,推動內表面,將其向??外推。 這完全符合查爾斯定律。
上圖顯示查爾斯定律也可用于定義絕對零(0 K 或 -273.15°C)。 根據表達式,絕對零時氣體的體積為零。
應用領域-熱氣球
這是查爾斯定律最常見的應用。 這些風的心理圖像激發了查理思考腫脹背后的潛在機制。 公元前三世紀之后,人們知道,如果物體的重量小于它排開的液體,它就可以漂浮在液體上。 或者簡單地說,如果物體的密度小于液體,它就會漂浮。
查爾斯定律對熱氣球的工作原理提供了簡潔的解釋。 根據查爾斯定律,如果氣球充滿加熱的氣體,其體積就會增加。 體積增加后,氣球所占據的體積比周圍相同質量的空氣更大——它的密度現在小于冷空氣的密度,因此氣球開始上升,
這也解釋了為什么氦氣球在遇到寒冷時會收縮。 內部的熱空氣自然地遵循熱力學定律并擴散到較冷的區域。 熱空氣的流出降低了內部壓力,因為較冷的氣體分子振蕩較少并且需要較少的空間。 簡而言之,隨著氣球內部溫度下降,其體積會縮小。
充氣輪胎
這不完全是一個應用,但它是一個副產品,并且可能是查爾斯定律第二大被引用的應用。 當輪胎在炎熱的夏季被困時,查爾斯定律負責將輪胎從胎體中解救出來。 外力的洪流不斷地進入內胎并逐漸使輪胎膨脹,導致其變形或完全爆裂。
強烈建議在夏季定期檢查輪胎。 疏忽和持續操作可能會導致極其危險的后果什么是轉動定律,因為輪胎如果進一步膨脹,隨時可能爆裂,而且,由于摩擦而不可避免地涌入熱量,會加劇輪胎破裂。 是的,謝謝查爾斯。
車
汽車發動機由一系列排成一排的活塞組成,當活塞上方有或沒有流體時,這些活塞會定期上下移動。 活塞的末端以獨特的方式連接到曲軸,以便它們上下移動以轉動軸。 曲軸的兩端連接到汽車的后輪,因此當桿旋轉時,車輪也會旋轉。
同樣,查理定律是根本原因。 活塞由燃料燃燒產生的氣體移動。 燃燒產生大量熱量。 結果,溫度飆升,轉化后的氣體立即膨脹,導致沸騰的顆粒沖向活塞。 他們全力推動活塞,推動車輛前進。
參考
1.王家百科
2. 天文學術語
3.啊水-