Definisi Hukum Charles

Hukum Charles adalah hukum empiris, yaitu berdasarkan pengamatan eksperimental, yang menetapkan hubungan antara volume dan suhu gas ketika tekanan dan massa atau jumlah mol konstan. Yang pertama mengucapkannya adalah fisikawan Prancis Jacques Alexandre César Charles, pada akhir abad ke-18. Menurut hukum ini, volume sampel gas tetap yang ditahan pada tekanan konstan berbanding lurus dengan suhu absolut . Dengan kata lain:

Hukum ini menyatakan bahwa jika suatu gas dinaikkan dua kali lipat pada suhu absolut, volumenya juga akan berlipat ganda. Bahkan, jika suhu dikalikan dengan faktor apapun, volume juga akan dikalikan dengan faktor yang sama, asalkan jumlah gas dan tekanannya tetap konstan.

Hukum Charles dalam bentuk persamaan

Seperti hukum proporsionalitas lainnya, hubungan di atas dapat ditulis ulang dalam bentuk persamaan hanya dengan memasukkan konstanta proporsionalitas yang sesuai. Artinya:

di mana K adalah konstanta proporsionalitas yang bergantung pada jumlah gas dan tekanannya.

Seperti dapat dilihat, persamaan ini memiliki bentuk fungsi linier yang meningkat dengan kemiringan K. Diamati secara eksperimental bahwa kemiringan ini meningkat dengan jumlah mol gas dan menurun dengan tekanan. Selain itu, semua garis yang dibangun pada nilai P dan n yang berbeda, ketika diekstrapolasi ke volume nol, memotong sumbu suhu pada -273,15 °C, yang sesuai dengan nol mutlak. Perilaku ini ditunjukkan di bawah ini:

Perubahan negara dan hukum Charles

Hukum Charles dapat diatur ulang dengan membagi kedua sisi persamaan dengan suhu, dalam hal ini sisi kanan hanya akan menjadi konstanta proporsionalitas:

Dengan kata lain, hukum Charles meramalkan bahwa jika tekanan dan jumlah mol dijaga konstan, hubungan antara volume dan temperatur absolut akan tetap konstan. Ini berarti bahwa jika kita melakukan proses di mana gas berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir secara isobarik (pada P = konstanta), hubungan antara volume awal dan suhu akan sama dengan hubungan antara volume. dan suhu akhir, yaitu:

Persamaan ini dapat digunakan untuk menentukan volume dan temperatur awal atau akhir, ketika ketiga variabel lainnya sudah diketahui.

Contoh penerapan hukum Charles

Di bawah ini adalah dua contoh masalah terkait gas yang dapat diselesaikan dengan menggunakan hukum Charles.

Contoh 1: Menggandakan volume

Tentukan suhu akhir gas ideal yang mula-mula bersuhu 25°C dan dipanaskan hingga volumenya meningkat menjadi dua kali nilai awalnya.

Larutan

Data yang diberikan oleh soal adalah:

Ti = ₂₅ °C

V _f = 2. V _i

Hal pertama yang harus kita lakukan adalah mengubah suhu ke Kelvin, karena hukum Charles menghubungkan volume dengan suhu mutlak dan skala celcius adalah skala relatif.

Kita sekarang dapat menerapkan hukum Charles untuk menentukan suhu akhir. Kita tidak perlu mengetahui nilai-nilai volume, cukup hubungan di antara mereka.

Oleh karena itu, suhu akhir akan menjadi 596,30 K atau 323,15 °C.

Contoh 2: Menurunkan suhu hingga setengahnya

Jika sampel helium mula-mula bersuhu -130,15°C, didinginkan hingga -180,15°C pada tekanan konstan, dan volume akhirnya menjadi 10,0 L, berapakah volume awalnya?

Larutan

Dalam hal ini, kami memiliki data berikut:

Ti = _-130,15 °C

T _f = -180,15 °C

V _f = 10.0L

Seperti sebelumnya, kita harus mulai dengan menentukan temperatur mutlak, dan kemudian menerapkan hukum Charles.

Sekarang kita dapat menerapkan hukum Charles:

Sampel helium harus dimulai dari volume awal 15,38 L.

Konstanta proporsionalitas Charles dan hukum gas ideal

Hukum gas ideal merupakan persamaan keadaan yang sepenuhnya menggambarkan gas ideal ketika kita mengetahui tiga dari empat fungsi keadaan, yaitu tekanan, suhu, volume, atau jumlah mol. Persamaan diberikan oleh:

di mana R adalah konstanta gas ideal universal, P adalah tekanan gas, dan semua variabel lainnya sama seperti dalam hukum Charles. Persamaan ini dapat ditulis ulang sebagai:

Hukum ini berlaku untuk gas ideal dalam kondisi apa pun, termasuk di mana hukum Charles berlaku. Oleh karena itu, jika tekanan dan jumlah mol dipertahankan konstan, persamaan di atas harus setara dengan hukum Charles. Sebagai perbandingan, kita dapat melihat bahwa konstanta proporsionalitas hukum Charles kemudian sama dengan faktor dalam tanda kurung:

Seperti dapat dilihat, ungkapan untuk konstanta proporsionalitas ini sesuai dengan pengamatan eksperimental bahwa ia tetap konstan ketika n dan P konstan; meningkat ketika n meningkat dan menurun ketika P meningkat.

Referensi

Britannica, Para Editor Ensiklopedia. (2020, 18 Februari). Hukum Charles | Definisi & Fakta . Ensiklopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/Charless-law

Britannica, Para Editor Ensiklopedia. (2021, 8 November). Jacques-Charles | fisikawan Perancis . Ensiklopedia Britannica. https://www.britannica.com/biography/Jacques-Charles

Chang, R. (2021). Kimia ( ^edisi ke-11 ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.

Hukum Gas . (td). Chem.FSU. https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1045/gas_laws.html

Libretext. (2020, 22 Agustus). Hukum Gas: Tinjauan . Teks Libre Kimia. 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_Gases/Gas_Laws/Gas_Laws%3A_Overview

Libretext. (2021, 30 April). 14.4: Hukum Charles . Teks Libre Kimia. 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