查尔斯定律:当压力保持恒定时,气体的体积V与温度T成正比。查尔斯定律方程可以表示为:
V∝T
其中,V为气体体积,T为温度。
该定律规定了体积和温度之间的线性关系。 温度通常以 SI 单位开尔文 K 来测量。
1783年6月,约瑟夫和艾蒂安用热空气给直径30英尺的气球充气,使其漂浮在空中。 这头庞然大物在空中飞了 1.5 英里,然后被草和灰尘重新发现。 这个消息很快就传遍了法国。
听到这次飞行的消息后,雅克·亚历山大·塞萨尔·查尔斯非常好奇,他决定用自己的气球进行类似的实验(他是一位著名的气球爱好者 - 可能不是一个通常将这两个词放在一起的人)并制定了现在被称为查尔斯定律。
查理做了一个简单的实验,用相同压力和体积的不同气体填充五个气球。 然后将它们置于80摄氏度的高温中。 他发现所有的气球都充气了。
查尔斯定律的解释和表达
科学家麦克斯韦给出了准解释。 他表明,气体占据的空间大小仅与其粒子的运动有关。 颗粒不断与容器碰撞。 无数气体粒子的快速冲击对容器表面产生了作用力。 该力转化为一定量的压力。
冲击力并不重要,但通常冲击会对容器表面施加很大的压力。 例如,在氦气球中,大约有〖10〗^24(一千亿)个氦原子在氦气球中每平方厘米的橡胶上撞击,速度高达1英里/秒! 这个压力称为气压。
气压与某个区域内碰撞和力的大小成正比。 因此,碰撞次数越多,应力就越大。 重要的发现表明,气体分子的运动和碰撞频率取决于气体的温度。 这意味着较热的气体对壁施加更大的压力并产生更大的压力。 这就是盖-吕萨克定律。
然而,我们必须认识到,只要容器的体积是刚性的且有界的,或者只是恒定的,压力就会随着温度的升高而增加。 这对于泵来说很明显,当我们推拉活塞时,泵会排出热空气。 但在这个过程中气球本身会发生什么呢?
当与加热的气体接触时,它的体积会增加,因为它的体积不固定 - 随着球的膨胀什么是转动定律,即使压力增加,压力也会以恒定的速率增加,被限制为恒定值。 随着越来越多的热气体被泵入,橡胶膨胀,活性气体颗粒跳跃,推动内表面,将其向外推。 这完全符合查尔斯定律。
上图显示查尔斯定律也可用于定义绝对零(0 K 或 -273.15°C)。 根据表达式,绝对零时气体的体积为零。
应用领域-热气球
这是查尔斯定律最常见的应用。 这些风的心理图像激发了查理思考肿胀背后的潜在机制。 公元前三世纪之后,人们知道,如果物体的重量小于它排开的液体,它就可以漂浮在液体上。 或者简单地说,如果物体的密度小于液体,它就会漂浮。
查尔斯定律对热气球的工作原理提供了简洁的解释。 根据查尔斯定律,如果气球充满加热的气体,其体积就会增加。 体积增加后,气球所占据的体积比周围相同质量的空气更大——它的密度现在小于冷空气的密度,因此气球开始上升,
这也解释了为什么氦气球在遇到寒冷时会收缩。 内部的热空气自然地遵循热力学定律并扩散到较冷的区域。 热空气的流出降低了内部压力,因为较冷的气体分子振荡较少并且需要较少的空间。 简而言之,随着气球内部温度下降,其体积会缩小。
充气轮胎
这不完全是一个应用,但它是一个副产品,并且可能是查尔斯定律第二大被引用的应用。 当轮胎在炎热的夏季被困时,查尔斯定律负责将轮胎从胎体中解救出来。 外力的洪流不断地进入内胎并逐渐使轮胎膨胀,导致其变形或完全爆裂。
强烈建议在夏季定期检查轮胎。 疏忽和持续操作可能会导致极其危险的后果什么是转动定律,因为轮胎如果进一步膨胀,随时可能爆裂,而且,由于摩擦而不可避免地涌入热量,会加剧轮胎破裂。 是的,谢谢查尔斯。
车
汽车发动机由一系列排成一排的活塞组成,当活塞上方有或没有流体时,这些活塞会定期上下移动。 活塞的末端以独特的方式连接到曲轴,以便它们上下移动以转动轴。 曲轴的两端连接到汽车的后轮,因此当杆旋转时,车轮也会旋转。
同样,查理定律是根本原因。 活塞由燃料燃烧产生的气体移动。 燃烧产生大量热量。 结果,温度飙升,转化后的气体立即膨胀,导致沸腾的颗粒冲向活塞。 他们全力推动活塞,推动车辆前进。
参考
1.王家百科
2. 天文学术语
3.啊水-