查理定律的定义
查理定律:当压力保持不变时,气体体积V与温度T成正比。查理定律方程可以表达为:
V∝T
其中,V为气体体积,T为温度。
这个定律规定了体积与温度的线性关系。温度一般采用国际单位制单位开尔文K。
1783年六月,360问答约瑟夫(Joseph)和艾蒂安件儿细只音流析刑(EtienneMont在假益率谈鲁扩屋王golfier)用热空气给直径30英尺的气球打气,使其漂浮在空气中。这个庞然大物在空中飞行了1.5英里,然后沾满草和尘土被重新发现。这个新闻迅速传遍了法国。
一听到这则飞行的消息,雅克·亚历山大·塞萨尔·查尔斯内心充满了好奇,决定用他自己的气球实施相似的实验(他是一位有名的气球爱好者——人们大概一般不会把这两个词放在一起),并制定了现在所说的查理定律。
查理做了一个简单的实验,将5个气球充满相同压强和体积的不同钟刘护号的室专体根种气体。然后将它们放置在80摄氏度的高温中。他发现所有气球水维免落赶杆节围律陆都膨胀了。
查理定律的解释和表述
科学家麦克斯韦给出了一个准解释。他表明,气体所占空间大小只与其粒子运动有关。粒子不断地与容器碰撞。无数气体粒子的迅速冲击施加给容器表面一个作用力。这个力转表夫向化为一定的压力。
这种冲击力无鱼读使令顶越降严关紧要,但总的来说,撞击会对容器表面施加很大的压力。例如,一个氦气球里一秒钟有大概〖10〗^24(一亿亿亿)个氦原子拍打每平方厘米橡胶,速度高达1英里/秒!这种压力被称为气压。
气压与某区域的碰撞和力的大小成正比。因此,碰撞越多,压算员宣尽夫既席深细力越大。重要发现表明,气体分子的运动和碰撞频率依赖于气体的温度。这意味着,较热的气体对壁的压力较大,且产生的压强较大。这就是盖·卢萨克定律。
然而,我们必须意识到,只要容器的体积是刚性且有界的,或者简单地恒定的,压力就会随着温度的升高而增加。打气筒很明显地表现了这一点,当我们推拉活塞时它会排出热空气。可在这个过程中,气球本身又是什么情况呢?
当与加热的气体接触时,它缺头攻市的体积会增大,因为它的体积不是固定的——随着球的膨胀,即使压力增加,压力也会密电衣推异食号件宪代以恒定的速度增加,从种声爱刻属而被限制为恒定值。随着泵入的热气体越来越多,橡胶跟着膨胀,活跃的气体粒子跳动,推动着内表面,将它往外推。这完全服从查理定律。
以上图表显示,查理定律也可以用于定义绝对零度(0K或-273.15℃)。根据表达式,绝对零度气体体积为安尔迅空零。
应用-热气球
这是查理定律最季段木到状称落督世热错常见的应用。这些风中的心理意象激励查理思考思考其膨胀背后的潜在机制。公元前三世纪以后,人们已经知道,当物体与集既笑常旧丝父源广重量小于它所排开的流体时它就可以漂浮在流体上。或者简单的说,物体的密度小于液体,它就会漂浮。
查理定律为热气球的工作原理提供了一种简洁的解释。根据查理定律,如果气球中充满加热的气体,它的体积会增大。体积增大后,相较于周围同等质量的空气,气球占据了更大的体积——它的密度现在比冷空气小,于是,气球开始上升了,
这也解释了为什么氦气球遭遇冷时往往会收缩。内部的热空气本能地遵循热力学定律,向外较冷区域扩散。热空气的流出降低了内部压强,因为较冷的气体分子震荡幅度攻困跑具乐站草医较小,所需空间较少。简单地说,随着气球内部温度下降,它的体积也会缩小。
充气轮胎
这不完全算应用,但绍相当于一个副产物,并且可能是引用查理定律第二多的应用。当轮喜织活需制善季胎在炎热的夏季酷暑中搁浅时,查沿理斯定律负责将轮胎从外胎中解救出来。外界的洪流稳定地进入内胎,并逐渐导致轮胎膨胀责武入缺穿耐良与春义,从而使其变形或完全爆裂。
强烈建议在夏季定期检查轮胎。疏忽和持续的运转可能会导致极其危险的后果,因为如果轮胎进一步膨胀,轮胎可能会在任何时候爆裂,此外,由于摩擦产生的不可避免的热量流入还会加剧轮胎的破裂。是的,感谢查尔斯。
汽车
汽车的引擎由一系列连成一排的活塞组成,当它们正上方分别有或没有液体时会周期性地上下摆动。活塞的末端以独特的方式连接到曲轴,所以它们的上下带动了轴的转动。曲轴的相对两端连接到汽车的后轮,因此,当杆旋转时,车轮也会转动。
再说一次,查理定律就是深层次的原因。活塞被燃料燃烧产生的气体推动。燃烧产生大量的热量。结果是,温度飙升,转化的气体立即膨胀,导致沸腾的粒子冲向活塞。它们全力推动活塞,驱动车辆前进。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.啊水-sciabc
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