Định luật Charles

Định luật Charles (hay còn gọi là định luật thể tích) là một định luật khí thí nghiệm mô tả cách mà chất khí nở ra vì nhiệt. Một phát biểu hiện đại của định luật Charles là:

Khi áp suất của một mẫu khí khô là không đổi, nhiệt độ Kelvin và thể tích của nó sẽ tỉ lệ thuận với nhau.^[1]

Mối quan hệ tỉ lệ thuận có thể được viết thành:

V\propto T

Có thể hiểu là:

{\textstyle {\frac {V}{T}}=k,\quad hay\quad V=kT}

trong đó:

V là thể tích của khí,

T là nhiệt độ của khí (đơn vị đo là kelvin),

k là một hằng số.

Lượng khí không đổi cùng áp suất ở trạng thái 1 và 2 thìː

${\textstyle {\frac {V_{1}}{T_{1}}}={\frac {V_{2}}{T_{2}}}\qquad {\text{hay}}\qquad {\frac {V_{2}}{V_{1}}}={\frac {T_{2}}{T_{1}}}\qquad {\text{hay}}\qquad V_{1}T_{2}=V_{2}T_{1}.}$

Đây là trường hợp đặc biệt của phương trình khí lý tưởng pV = nRT.

Lịch sử

Định luật được đặt theo tên nhà khoa học Jacques Charles, người đã lập công thức cao định luật gốc trong một công trình không được công bố vào những năm 1780.

Ở trong hai trong số bốn bài tiểu luận được thuyết trình từ mùng hai đến ngày 30 tháng 10 năm 1801,^[2] John Dalton đã giới thiệu bằng thí nghiệm rằng tất cả các loại chất khí và hơi mà ông đã được học đều giãn nở một lượng như nhau giữa hai điểm nhiệt độ cố định. Nhà triết học tự nhiên người Pháp Joseph Louis Gay-Lussac đã xác nhận khám phá này trong buổi thuyết trình tại Viện Pháp quốc vào ngày 31 tháng 1 năm 1802,^[3] mặc dù ông đã công nhận khám phá này là từ công trình không được công bố từ thập niên 1780 của Jacques Charles. Những nguyên tắc cơ bản đã được Guillaume Amontons^[4] vàFrancis Hauksbee^[5] mô tả từ một thế kỉ trước..

Các công thức trên là cách viết khác của định luật Gay-Lussac thực sự: V(T) = V₀[1 + a₀(T - T₀)]

với V₀, a₀ = 1/T₀ là thể tích, hệ số giản đẳng áp khí ở nhiệt độ chuẩn (0 °C) T₀ = 273,15 K

V(T): thể tích khí ở nhiệt độ T

hay tổng quát với khí lý tưởng: V₂ = V₁[1 + a_V(T₂ - T₁)], trong đó a_V = 1/T₁

Xem thêm

Tham khảo

^ Fullick, P. (1994), Physics, Heinemann, tr. 141–42, ISBN 978-0-435-57078-1.
^ J. Dalton (1802), "Essay II. On the force of steam or vapour from water and various other liquids, both in vacuum and in air" and Essay IV. "On the expansion of elastic fluids by heat," Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester, vol. 8, pt. 2, pp. 550–74, 595–602.
^ Gay-Lussac, J. L. (1802), “Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs” [Researches on the expansion of gases and vapors], Annales de Chimie, 43: 137–75. English translation (extract). On page 157, Gay-Lussac mentions the unpublished findings of Charles: "Avant d'aller plus loin, je dois prévenir que quoique j'eusse reconnu un grand nombre de fois que les gaz oxigène, azote, hydrogène et acide carbonique, et l'air atmosphérique se dilatent également depuis 0° jusqu'a 80°, le cit. Charles avait remarqué depuis 15 ans la même propriété dans ces gaz; mais n'avant jamais publié ses résultats, c'est par le plus grand hasard que je les ai connus." (Before going further, I should inform [you] that although I had recognized many times that the gases oxygen, nitrogen, hydrogen, and carbonic acid [i.e., carbon dioxide], and atmospheric air also expand from 0° to 80°, citizen Charles had noticed 15 years ago the same property in these gases; but having never published his results, it is by the merest chance that I knew of them.)
^
See:
- Amontons, G. (presented 1699, published 1732) "Moyens de substituer commodément l'action du feu à la force des hommes et des chevaux pour mouvoir les machines" (Ways to conveniently substitute the action of fire for the force of men and horses in order to power machines), Mémoires de l'Académie des sciences de Paris (presented 1699, published 1732), 112–26; see especially pp. 113–17.
- Amontons, G. (presented 1702, published 1743) "Discours sur quelques propriétés de l'Air, & le moyen d'en connoître la température dans tous les climats de la Terre" (Discourse on some properties of air and on the means of knowing the temperature in all climates of the Earth), Mémoires de l'Académie des sciences de Paris, 155–74.
- Review of Amontons' findings: "Sur une nouvelle proprieté de l'air, et une nouvelle construction de Thermométre" (On a new property of the air and a new construction of thermometer), Histoire de l'Academie royale des sciences, 1–8 (submitted: 1702; published: 1743).
^ * Englishman Francis Hauksbee (1660–1713) independently also discovered Charles's law: Francis Hauksbee (1708) "An account of an experiment touching the different densities of air, from the greatest natural heat to the greatest natural cold in this climate," Lưu trữ 2015-12-14 tại Wayback Machine Philosophical Transactions of the Royal Society of London 26(315): 93–96.

Bài viết này vẫn còn sơ khai. Bạn có thể giúp Wikipedia mở rộng nội dung để bài được hoàn chỉnh hơn.

[1] Fullick, P. (1994), Physics, Heinemann, tr. 141–42, ISBN 978-0-435-57078-1.

[2] J. Dalton (1802), "Essay II. On the force of steam or vapour from water and various other liquids, both in vacuum and in air" and Essay IV. "On the expansion of elastic fluids by heat," Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester, vol. 8, pt. 2, pp. 550–74, 595–602.

[GL02-3] Gay-Lussac, J. L. (1802), “Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs” [Researches on the expansion of gases and vapors], Annales de Chimie, 43: 137–75. English translation (extract). On page 157, Gay-Lussac mentions the unpublished findings of Charles: "Avant d'aller plus loin, je dois prévenir que quoique j'eusse reconnu un grand nombre de fois que les gaz oxigène, azote, hydrogène et acide carbonique, et l'air atmosphérique se dilatent également depuis 0° jusqu'a 80°, le cit. Charles avait remarqué depuis 15 ans la même propriété dans ces gaz; mais n'avant jamais publié ses résultats, c'est par le plus grand hasard que je les ai connus." (Before going further, I should inform [you] that although I had recognized many times that the gases oxygen, nitrogen, hydrogen, and carbonic acid [i.e., carbon dioxide], and atmospheric air also expand from 0° to 80°, citizen Charles had noticed 15 years ago the same property in these gases; but having never published his results, it is by the merest chance that I knew of them.)

[Amontons-4] See:
Amontons, G. (presented 1699, published 1732) "Moyens de substituer commodément l'action du feu à la force des hommes et des chevaux pour mouvoir les machines" (Ways to conveniently substitute the action of fire for the force of men and horses in order to power machines), Mémoires de l'Académie des sciences de Paris (presented 1699, published 1732), 112–26; see especially pp. 113–17.

Amontons, G. (presented 1702, published 1743) "Discours sur quelques propriétés de l'Air, & le moyen d'en connoître la température dans tous les climats de la Terre" (Discourse on some properties of air and on the means of knowing the temperature in all climates of the Earth), Mémoires de l'Académie des sciences de Paris, 155–74.

Review of Amontons' findings: "Sur une nouvelle proprieté de l'air, et une nouvelle construction de Thermométre" (On a new property of the air and a new construction of thermometer), Histoire de l'Academie royale des sciences, 1–8 (submitted: 1702; published: 1743).

[5] Amontons, G. (presented 1699, published 1732) "Moyens de substituer commodément l'action du feu à la force des hommes et des chevaux pour mouvoir les machines" (Ways to conveniently substitute the action of fire for the force of men and horses in order to power machines), Mémoires de l'Académie des sciences de Paris (presented 1699, published 1732), 112–26; see especially pp. 113–17.

[6] Amontons, G. (presented 1702, published 1743) "Discours sur quelques propriétés de l'Air, & le moyen d'en connoître la température dans tous les climats de la Terre" (Discourse on some properties of air and on the means of knowing the temperature in all climates of the Earth), Mémoires de l'Académie des sciences de Paris, 155–74.

[7] Review of Amontons' findings: "Sur une nouvelle proprieté de l'air, et une nouvelle construction de Thermométre" (On a new property of the air and a new construction of thermometer), Histoire de l'Academie royale des sciences, 1–8 (submitted: 1702; published: 1743).

[Hauksbee-5] * Englishman Francis Hauksbee (1660–1713) independently also discovered Charles's law: Francis Hauksbee (1708) "An account of an experiment touching the different densities of air, from the greatest natural heat to the greatest natural cold in this climate," Lưu trữ 2015-12-14 tại Wayback Machine Philosophical Transactions of the Royal Society of London 26(315): 93–96.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]