샤를의 법칙 발견 과정
찰리의 법칙을 발견하는 과정은 다음과 같습니다.
찰리는 5개의 풍선에 동일한 압력과 부피를 갖는 서로 다른 종류의 기체를 채우는 간단한 실험을 했습니다. 그런 다음 섭씨 80도의 고온에 배치됩니다. 그는 모든 풍선이 부풀어 오른 것을 발견했습니다.
찰스의 법칙에 대한 설명과 표현
과학자 맥스웰은 준설명을 했다. 그는 기체가 차지하는 공간의 크기는 기체 입자의 운동에만 관련되어 있음을 보여주었습니다. 입자는 지속적으로 컨테이너와 충돌합니다. 수많은 가스 입자의 빠른 충격은 용기 표면에 힘을 가합니다. 이 힘은 일정량의 압력으로 변환됩니다.
이 충격력은 일반적으로 미미하며, 충격은 용기 표면에 많은 압력을 가합니다. 예를 들어, 헬륨 풍선에는 약 〖10〗^24(천억억)개의 헬륨 원자가 헬륨 풍선의 고무 1제곱센티미터에 대해 최대 1마일/초의 속도로 충돌합니다! 이 압력을 기압이라고 합니다.
기압은 특정 지역에서의 충돌 및 힘의 크기에 비례합니다. 따라서 충돌이 많을수록 스트레스도 커집니다. 중요한 연구 결과에 따르면 가스 분자의 움직임과 충돌 빈도는 가스 온도에 따라 달라집니다. 이는 더 뜨거운 가스가 벽에 더 많은 압력을 가하고 더 큰 압력을 생성한다는 것을 의미합니다. 이것이 게이뤼삭의 법칙이다.
그러나 용기의 부피가 단단하고 경계가 있거나 단순히 일정하다면 온도가 증가함에 따라 압력도 증가한다는 점을 깨달아야 합니다. 이는 피스톤을 밀고 당길 때 뜨거운 공기를 배출하는 펌프에서 분명하게 나타납니다. 하지만 이 과정에서 풍선 자체에는 어떤 일이 발생할까요?
가열된 기체와 접촉하면 부피가 고정되어 있지 않기 때문에 부피가 증가합니다. 공이 팽창하면 압력이 증가하더라도 압력은 일정한 비율로 증가하므로 일정한 값으로 제한됩니다. . 점점 더 많은 뜨거운 가스가 펌핑되면 고무가 팽창하고 활성 가스 입자가 튀어 나와 내부 표면을 밀고 바깥쪽으로 밀어냅니다. 이는 전적으로 샤를의 법칙을 따릅니다.
찰리의 법칙은 절대 영도(0K 또는 -273.15℃)를 정의하는 데에도 사용될 수 있습니다. 식에 따르면 절대 영도에서 기체의 부피는 0입니다.
응용 - 열기구
이것은 샤를의 법칙의 가장 일반적인 응용입니다. 바람에 대한 이러한 정신적 이미지는 Charlie에게 바람이 부는 근본적인 메커니즘에 대해 생각하도록 영감을 주었습니다. 기원전 3세기 이후에는 물체의 무게가 그 물체가 대체한 유체보다 작으면 물체가 유체 위에 떠 있을 수 있다는 것이 알려졌습니다. 간단히 말해서 물체가 액체보다 밀도가 낮으면 뜨게 됩니다.
찰리의 법칙은 열기구의 작동 원리를 간결하게 설명합니다. 샤를의 법칙에 따르면 풍선에 가열된 기체를 채우면 부피가 증가합니다. 부피가 증가한 후 풍선은 같은 질량의 주변 공기보다 더 큰 부피를 차지합니다. 이제 풍선의 밀도는 차가운 공기보다 낮으므로 풍선이 상승하기 시작합니다.
이것은 헬륨 풍선이 왜 필요한지도 설명합니다. 추위에 노출되면 수축되는 경향이 있습니다. 내부의 뜨거운 공기는 본능적으로 열역학 법칙을 따르며 더 시원한 곳으로 퍼집니다. 뜨거운 공기가 유출되면 더 차가운 가스 분자가 덜 진동하고 더 적은 공간을 차지하기 때문에 내부 압력이 낮아집니다. 간단히 말해서, 풍선 내부의 온도가 떨어지면 풍선의 부피가 줄어듭니다.
공압 타이어
이것은 정확히 응용은 아니지만 부산물과 동일하며 아마도 샤를의 법칙에서 두 번째로 많이 인용되는 응용일 것입니다. 더운 여름 더위로 인해 타이어가 좌초되었을 때, 샤를의 법칙이 타이어를 케이싱에서 구출할 책임이 있습니다. 외력의 급류는 꾸준히 내부 튜브에 유입되어 타이어가 점차 팽창하여 완전히 변형되거나 파열됩니다.
여름철에는 정기적인 타이어 점검을 적극 권장합니다. 부주의하고 계속적인 작동은 타이어가 더 팽창하면 언제든지 터질 수 있어 매우 위험한 결과를 초래할 수 있으며, 더 나아가 마찰로 인한 필연적인 열 유입으로 인해 타이어 파열이 더욱 악화될 수 있습니다. 네, 고마워요 찰스.
자동차
자동차의 엔진은 바로 위에 액체가 있거나 없을 때 주기적으로 위아래로 흔들리는 일련의 피스톤으로 구성됩니다. 피스톤의 끝부분은 크랭크샤프트에 독특하게 연결되어 상하로 움직여 샤프트를 회전시킵니다.
크랭크 샤프트의 반대쪽 끝은 자동차의 뒷바퀴에 연결되어 있으므로 로드가 회전하면 바퀴도 회전합니다.
찰리의 법칙이 근본적인 이유다. 피스톤은 연료가 연소되면서 생성되는 가스에 의해 움직입니다. 연소는 많은 열을 발생시킵니다. 결과적으로 온도가 급등하고 변환된 가스가 즉시 팽창하여 끓는 입자가 피스톤을 향해 돌진하게 됩니다. 그들은 온 힘을 다해 피스톤을 밀어 차량을 앞으로 나아갑니다.