Prawo Charles'a
Prawo Boyle'a wiąże ciśnienie z objętością, nie bierze jednak pod uwagę trzeciego czynnika: temperatury. Wpływ temperatury na zachowanie gazów opracował francuski naukowiec Jacques Charles (wiele jego prac zostało opublikowanych później przez jego kolegę Josepha Gay-Lussac'a). Podczas swych eksperymentów Charles zauważył, że jeżeli ciśnienie gazu pozostaje stałe, to wraz ze wzrostem temperatury rośnie jego objętość.
Definicja
- Na podstawie tego sformułował prawo
- ze zmianą temperatury objętość gazu zmienia się proporcjonalnie (to samo dotyczy ciśnienia przy ustalonej objętości).
Można tu zapamiętać przybliżoną regułę, że z każdym 1oC ciśnienie w butli zmienia się o ok. 0.6 bara. Dla dokładnych obliczeń stosujemy prawo Charlesa w zapisie matematycznym:
P * V / T =K, gdzie K jest stałe, T jest wyrażone w kelwinach.
Widać podobieństwo w zapisie prawa Boyle'a i prawa Charlesa.
Prawo to często zapisuje się w formie proporcji:
P1*V1 / T1=P2*V2/T1
Poniżej przedstawione są przykłady wykorzystanie tego prawa:
Przykład 1
12 litrowa butla podgrzała się podczas napełniania do 52oC . Butla ma być użyta w wodzie o temp 7oC. Ciśnienie w butli po wejściu do wody obliczamy następująco:
P1=200bar +1bar ( atmosfera) =201bar V1=V2=12l ( objętość butli nie zmienia się) T1=52oC=52+273K=325K T2=7oC=7+273K=280K
Bardzo ważne jest, aby wyrażać temperaturę w kelwinach !!!
P1*V1/T1=P2*V2/T2 => P1/T1=P2/T2 (objętości są te same) P2=P1/T1*T2=201bar/325K*280K=173 bar absolutnego ciśnienia.
Manometr wskaże ciśnienie względne czyli 173-1=172 bar
Przykład 2
Sprężarka ma wydajność 500 l /min. Temperatura na powierzchni wynosi 29oC . Nurek będzie pracował na głębokości 55m w temperaturze 5oC . Jak oszacować ile powietrza dostarczy kompresor na podaną głębokość?
P1=1bar, V1=500l, T1=302K P2=6.5 bar (ciśnienie absolutne) T2=278 K V2 - niewiadoma
Mamy więc:
P1 V1/T1=P2 V2/T2 => V2=P1 V1/T1*T2/P2
V2=1 bar*500l/302K*278K/6.5 bar=70.81 litrów
Taką wydajność będzie mieć na głębokości 55m powierzchniowy kompresor.
