Закон Шарля

Зако́н Ша́рля — назва закону, що описує властивості газів.

Закон Шарля
Названо на честь	Жак Александр Сезар Шарль
Автор	Жозеф-Луї Гей-Люссак
Формула	${\displaystyle V\propto T}$
Позначення у формулі	${\displaystyle V}$ і ${\displaystyle T}$
Підтримується Вікіпроєктом

Загальна характеристика

Описує ізохорний процес в ідеальному газі. Експериментально залежність тиску газу від температури за постійного об'єму встановив Шарль і уточнив Гей-Люссаком 1802 року.

Закон теплового розширення газів: при сталому об'ємі залежність тиску Р даної маси газу від температури описується формулою:

${\displaystyle {\frac {P}{T}}={\text{const}}}$,

де Т — термодинамічна температура; Р — тиск газу.

${\displaystyle \!p=p_{0}(1+\alpha _{p}t)}$, чи ${\displaystyle p=\alpha _{p}p_{0}T={p_{0}\cdot {{T} \over {T_{0}}}}}$,

де ${\displaystyle p_{0}}$ — тиск газу за температури ${\displaystyle T_{0}=273.16K}$,

${\displaystyle \alpha _{p}={{p} \over {p_{o}T}}}$ — , що характуризує відносне збільшення тиску газу при нагріванні його на один градус.

Формулювання закону

Формулювання закону Шарля таке:

Тиск газу фіксованої маси і фіксованого об'єму прямо пропорційний абсолютній температурі газу.

Простіше, якщо температура газу збільшується, то його тиск теж збільшується, якщо при цьому маса і об'єм газу залишаються незмінними. Закон має дуже простий математичний вигляд, якщо температура вимірюється за абсолютною шкалою, наприклад, у кельвінах. Математично закон записують так:

${\displaystyle \qquad P\sim {T}}$

або

${\displaystyle {\frac {P}{T}}=k}$

де:

P — тиск газу,

T — температура газу (в кельвінах),

k — константа.

Цей закон справедливий остільки, оскільки температура є мірою середньої кінетичної енергії частинок речовини. Якщо кінетична енергія частинок збільшується, вони стикаються зі стінками посудини з більшою швидкістю, тим самим передаючи стінці більший імпульс і створюючи вищий тиск.

Для зіставлення параметрів тієї ж кількості речовини в різних станах закон записують у вигляді пропорції:

${\displaystyle {\frac {P_{1}}{T_{1}}}={\frac {P_{2}}{T_{2}}}}$ або ${\displaystyle {P_{1}}{T_{2}}={P_{2}}{T_{1}}.}$

Закон Гей-Люссака, закон Шарля і закон Бойля — Маріотта разом утворюють об'єднаний газовий закон. У поєднанні з законом Авогадро ці три газові закони узагальнюються до рівняння стану ідеального газу.

Неоднозначність термінології

Закон Амонтона про тиск і температуру: закон тиску, описаний вище, можна приписати Гійому Амонтону, який на початку XVIII століття (точніше між 1700 і 1702 роками) виявив, що тиск фіксованої маси газу, підтримуваного за постійного об'єму, пропорційний його температурі. Амонтон виявив це під час побудови «повітряного термометра». Називати цей закон законом Гей-Люссака просто некоректно, оскільки Гей-Люссак досліджував взаємозв'язок між об'ємом і температурою, а не тиском і температурою^[].

Закон Шарля був відомим як закон Шарля і Гей-Люссака, оскільки Гей-Люссак опублікував його 1802 року, використавши здебільшого неопубліковані від 1787 року дані Шарля.

Тому в українсько- і англомовній науковій літературі існують деякі відмінності в найменуванні законів, пов'язаних з ім'ям Гей-Люссака. Ці відмінності наведено в таблиці:

Українськомовна назва	Англомовна назва	Формула
Закон Гей-Люссака	Закон Шарля (Charles's law) Закон Гей-Люссака Закон об'ємів (Volumes Law)	${\displaystyle V/T=\mathrm {const} }$
Закон Шарля	Закон Гей-Люссака (Gay-Lussac's law) Другий закон Гей-Люссака	${\displaystyle P/T=\mathrm {const} }$
Закон об'ємних відношень	Закон Гей-Люссака (Gay-Lussac's law)

Див. також

• Закон Авогадро
• Закон Бойля — Маріотта
• Закон Гей-Люссака

Примітки

1. Barnett, Martin K. (Aug 1841), A brief history of thermometry, Journal of Chemical Education, 18 (8): 358. Extract. [ 2 грудня 2021 у Wayback Machine.]

Література

• Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. — 4-е изд., испр. — М.: Наука. — Гл. ред. физ-мат. лит., 1989—576 с. —
• Castka, Joseph F.; Metcalfe, H. Clark; Davis, Raymond E.; Williams, John E. Modern Chemistry. — ^[en], 2002. — .
• Guch, Ian. The Complete Idiot's Guide to Chemistry. — Alpha, Penguin Group Inc, 2003. — .
• Mascetta, Joseph A. How to Prepare for the SAT II Chemistry. — Barron's, 1998. — .

Посилання

• Закон Шарля. Ізохора. [ 14 січня 2022 у Wayback Machine.] (рос.)
• Amonton's Law [ 14 січня 2022 у Wayback Machine.] (англ.)