Charles Yasasının Tanımı

Charles yasası, basınç ve kütle veya mol sayısı sabit olduğunda bir gazın hacmi ve sıcaklığı arasındaki ilişkiyi kuran deneysel gözlemlere dayanan ampirik bir yasadır. Bunu ilk açıklayan, 18. yüzyılın sonlarında Fransız fizikçi Jacques Alexandre César Charles idi. Bu yasaya göre, sabit basınçta tutulan sabit bir gaz örneğinin hacmi, mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır . Başka bir deyişle:

Bu yasa, bir gazın mutlak sıcaklığı iki katına çıkarsa hacminin de iki katına çıkacağını belirtir. Aslında sıcaklık herhangi bir faktörle çarpılırsa, gaz miktarı ve basıncı sabit tutulduğu sürece hacim de aynı faktörle çarpılacaktır.

Denklem formunda Charles kanunu

Herhangi bir orantılılık kanunu gibi, yukarıdaki ilişki sadece uygun bir orantılılık sabiti getirilerek bir denklem şeklinde yeniden yazılabilir. Demek ki:

burada K, gaz miktarına ve basıncına bağlı olan bir orantılılık sabitidir.

Görüldüğü gibi bu denklem K eğimi ile artan lineer fonksiyon şeklindedir. Bu eğimin gazın mol sayısı ile arttığı ve basınç ile azaldığı deneysel olarak gözlenmiştir. Ayrıca, P ve n’nin farklı değerlerinde oluşturulan tüm doğrular, sıfır hacme ekstrapolasyon yapıldığında -273.15 °C’de mutlak sıfıra karşılık gelen sıcaklık eksenini keser. Bu davranış aşağıda gösterilmiştir:

Eyalet değişiklikleri ve Charles yasası

Charles yasası, denklemin her iki tarafını da sıcaklığa bölerek yeniden düzenlenebilir, bu durumda sağ taraf sadece orantılılık sabiti olacaktır:

Başka bir deyişle, Charles yasası, basınç ve mol sayısı sabit tutulursa, hacim ile mutlak sıcaklık arasındaki ilişkinin sabit kalacağını öngörür. Bu, bir gazın başlangıçtan nihai duruma izobarik bir şekilde (P = sabitte) değiştiği bir süreci gerçekleştirirsek, ilk hacim ile sıcaklık arasındaki ilişkinin hacim arasındaki ilişkiye eşit olacağı anlamına gelir. ve son sıcaklık, yani:

Bu denklem, diğer üç değişken zaten biliniyorsa, hem hacmi hem de ilk veya son sıcaklığı belirlemek için kullanılabilir.

Charles yasasının uygulanmasına örnekler

Aşağıda, Charles yasası kullanılarak çözülebilecek tipik gazla ilgili problemlerin iki örneği verilmiştir.

Örnek 1: Sesi ikiye katlama

Başlangıçta 25°C olan ve hacmi başlangıçtaki değerinin iki katına çıkana kadar ısıtılan ideal bir gazın son sıcaklığını belirleyiniz.

Çözüm

Sorunun sağladığı veriler:

Ti ₌ 25 °C

V _f = 2. V _ben

Yapmamız gereken ilk şey sıcaklığı Kelvin’e dönüştürmek, çünkü Charles yasası hacmi mutlak sıcaklıkla ilişkilendirir ve santigrat ölçeği göreceli bir ölçektir.

Artık nihai sıcaklığı belirlemek için Charles yasasını uygulayabiliriz. Hacimlerin değerlerini bilmemize gerek yok, sadece aralarındaki ilişkiyi bilmemiz gerekiyor.

Bu nedenle, nihai sıcaklık 596,30 K veya 323,15 °C olacaktır.

Örnek 2: Sıcaklığın yarı yarıya düşürülmesi

Bir helyum numunesi orijinal olarak -130.15°C’deyse, sabit basınçta -180.15°C’ye soğutulmuşsa ve son hacmi 10.0 L olarak çıkmışsa, başlangıç ​​hacmi neydi?

Çözüm

Bu durumda, aşağıdaki verilere sahibiz:

Ti = _-130.15 °C

T _f = -180.15 °C

Vf ₌ 10.0L

Daha önce olduğu gibi, mutlak sıcaklıkları belirleyerek başlamalı ve sonra Charles yasasını uygulamalıyız.

Şimdi Charles yasasını uygulayabiliriz:

Helyum numunesi, 15,38 L’lik bir başlangıç ​​hacminden başlamış olmalıdır.

Charles yasası orantılılık sabiti ve ideal gaz yasası

İdeal gaz yasası, dört durum fonksiyonundan üçünü, yani basınç, sıcaklık, hacim veya mol sayısını bildiğimizde ideal bir gazı tamamen tanımlayan bir durum denklemini temsil eder. Denklem şu şekilde verilir:

burada R evrensel ideal gaz sabitidir, P gazın basıncıdır ve diğer tüm değişkenler Charles kanunundaki gibidir. Bu denklem şu şekilde yeniden yazılabilir:

Bu yasa, Charles yasasının geçerli olduğu koşullar da dahil olmak üzere, herhangi bir dizi koşul altındaki ideal gazlar için geçerlidir. Dolayısıyla basınç ve mol sayısının sabit tutulması durumunda yukarıdaki ifadenin Charles yasasına eşit olması gerekir. Karşılaştırma yaparak, Charles’ın orantılılık yasası sabitinin parantez içindeki faktöre eşit olduğunu görebiliriz:

Görülebileceği gibi, orantılılık sabiti için bu ifade, n ve P sabit olduğunda sabit kaldığı şeklindeki deneysel gözlemle uyuşmaktadır; n arttıkça artar ve P arttıkça azalır.

Referanslar

Britannica, Ansiklopedi Editörleri. (2020, 18 Şubat). Charles yasası | Tanım ve Gerçekler . Britanika Ansiklopedisi. https://www.britannica.com/science/Charless-law

Britannica, Ansiklopedi Editörleri. (2021, 8 Kasım). Jacques-Charles | Fransız fizikçi . Britanika Ansiklopedisi. https://www.britannica.com/biography/Jacques-Charles

Chang, R. (2021). Kimya (11. ^baskı ). MCGRAW HILL EĞİTİMİ.

Gaz Kanunları . (son). Chem.FSU. https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1045/gas_laws.html

Serbest metinler. (2020, 22 Ağustos). Gaz Kanunları: Genel Bakış . Kimya 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_Gases/Gas_Laws/Gas_Laws%3A_Overview

Serbest metinler. (2021, 30 Nisan). 14.4: Charles Yasası . Kimya 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