Charlesin laki

Charlesin laki on termodynamiikan laki, joka kuvaa vakiomassaisen ideaalikaasun käyttäytymistä vakiotilavuudessa (isokoorinen prosessi). Sen mukaan kaasun paine on suoraan verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan. Jos myös tilavuus saa muuttua, yleistyy Charlesin laki ideaalikaasun tilanyhtälöksi.

Historia

Ilmiön havaitsi tiettävästi ensimmäisenä ranskalainen tieteellisten mittalaitteiden kehittäjä Guillaume Amontons (1663–1705). Vaikka tarkkoja lämpömittareita ei silloin vielä ollut käytettävissä, hän havaitsi kaasun tilavuuden "kasvavan kolmanneksella kun kaasu vietiin kylmästä tilasta kiehuvaan veteen". Hän väitti myös, että lämpötilan alentaminen pienentää kaasun painetta ja esitti ajatuksen absoluuttisesta kylmyydestä. Lain muotoili täsmällisesti vuonna 1809 ranskalainen kemisti Joseph Louis Gay-Lussac joka teki kaasujen parissa uraanuurtavaa työtä. .

Tämä ideaalikaasujen periaate tunnetaan Ranskassa, Saksassa ja Englannissa nimellä Gay-Lussacin laki ja Saksassa myös nimellä Amontonin laki tai Gay-Lussacin 2. laki ja Englannissa myös nimellä painelaki.

Perusteet

Kiinteässä tilavuudessa ideaalikaasun paine kasvaa lineaarisesti lämpötilan kasvaessa. Tämä yhteys voidaan esittää yhtälöllä p = bT, jossa b vakio, tai vaihtoehtoisesti

${\frac {P}{T}}={\textrm {vakio}}$.

Toisin sanoen

${\frac {P_{1}}{T_{1}}}={\frac {P_{2}}{T_{2}}},$

missä $P_{1}$ ja $T_{1}$ ovat kaasun paine ja lämpötila hetkellä 1, ja $P_{2}$ ja $T_{2}$ hetkellä 2.

Gay-Lussacin lakia sovellettaessa lämpötila on mitattava termodynaamisella lämpötila-asteikolla, jonka nollakohtana on absoluuttinen nollapiste, siis esimerkiksi kelvineinä (ei celsiusasteina).

Esimerkiksi kaasun lämpötilan noustessa vakiotilavuudessa 0 °C:sta +10 °C:een sen absoluuttinen lämpötila nousee 273,15 kelvinistä 283,15 kelviniin eli noin 3,66 prosenttia, joten kaasun paine kasvaa myös noin 3,66 prosenttia.

Katso myös

• Ideaalikaasu
• Boylen laki
• Gay-Lussacin laki
• Avogadron laki