För de flesta människor kan orden 'ideal gas' frammana bilden av något slags superbränsle, kanske en nästan outtömlig typ som skapar noll luftföroreningar! Tyvärr är detta inte vad som menas med idealisk gas. I verkligheten är en idealgas en teoretisk gas som består av en uppsättning slumpmässigt rörliga, icke-interagerande punktpartiklar. Vid normala förhållanden som standardtemperatur och standardtryck, beter sig de flesta verkliga gaser som luft, kväve, syre, väte, ädelgaser och vissa tyngre gaser som koldioxid som en idealisk gas och kan behandlas som sådan inom rimliga toleranser. Det är först när de behandlas med högre temperaturer och lägre tryck som de avviker från denna trend. När de väl kommer in på detta territorium kommer experimentella gaslagar, som Charles's Law, in i bilden.
Charles's Law, även känd som volymlagen, är en experimentell gaslag som beskriver hur gaser tenderar att expandera när de värms upp. Den publicerades först av den franske naturfilosofen Joseph Louis Gay-Lussac 1802, även om han krediterade upptäckten till opublicerat arbete från 1780-talet av Jacques Charles, därav namnet. Denna lag gäller generellt för alla gaser, och även för ångorna från flyktiga vätskor om temperaturen är mer än några grader över kokpunkten. Med tanke på intresset för luftballonger på den tiden är det säkert förståeligt varför Gay-Lussac, Charles och andra forskare runt om i världen var så intresserade av förhållandet mellan volym, tryck och temperatur när det kom till gaser.
I lay-termer säger lagen att: vid konstant tryck ökar eller minskar volymen av en given massa av en idealgas med samma faktor som dess temperatur på den absoluta temperaturskalan (dvs gasen expanderar när temperaturen ökar). Detta kan skrivas som: V? T, där V är volymen av gasen; och T är den absoluta temperaturen. I matematiska termer kan lagen också uttryckas som: V100 – V0 = kV0, där V100 är volymen som upptas av ett givet gasprov vid 100 °C; V0 är volymen som upptas av samma gasprov vid 0 °C; och k är en konstant som är densamma för alla gaser vid konstant tryck. Gay-Lussacs värde för k var ½,6666, anmärkningsvärt nära dagens värde på ½,7315.
I kombination med Boyles lag utgör dessa lagar vad som är känt som 'Ideal Gas Law' som först uttalades av ÉmileClapeyron 1834.
Vi har skrivit många artiklar om Charles's Law for Universe Today. Här är en artikel om lagen om kombinerad gas och här är en artikel om Boyles lag .
Om du vill ha mer information om Charles's Law, kolla in en diskussion om Karls lag , och här är en länk till en artikel om Charles's Law av Glenn Research Center .
Vi har också spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast som handlar om planeten Jorden. Lyssna nu, Avsnitt 51: Earth .
Källor:
http://en.wikipedia.org/wiki/Charles%27s_law
http://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas
http://www.chm.davidson.edu/vce/gaslaws/charleslaw.html
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/glussac.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas_law