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Charles' Gesetz (Vol-Temp-Gesetz)

1802
  • Jacques Charles
  • Joseph Louis Gay-Lussac
Glass apparatus demonstrating Charles's Law in a vintage laboratory setting.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Das auch als Volumen-Temperatur-Gesetz oder Gesetz der Volumina bekannte Charles'sche Gesetz besagt, dass für eine feste Masse eines idealen Gases bei konstanter Druck, ist das Volumen, das es einnimmt, direkt proportional zu seiner absoluten Temperatur. Dies wird ausgedrückt als [latex]V \propto T[/latex] oder [latex]\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}[/latex]. Sie erklärt die Tendenz von Gasen, sich auszudehnen, wenn sie unter isobaren (druckkonstanten) Bedingungen erhitzt werden.

Das Charles'sche Gesetz ist ein grundlegendes Prinzip zur Beschreibung der thermischen Ausdehnung von Gasen. Die ersten Arbeiten wurden um 1787 von Jacques Charles durchgeführt. Er untersuchte, wie sich das Volumen einer festen Gasmenge bei konstantem Druck mit der Temperatur verändert, und fand eine konsistente lineare Beziehung. Charles hat seine Ergebnisse jedoch nie veröffentlicht. Das Gesetz wurde weithin bekannt, nachdem Joseph Louis Gay-Lussac, der unabhängig das gleiche Phänomen untersucht hatte, 1802 seine eigenen Ergebnisse veröffentlichte. Gay-Lussac zollte Charles in seiner Arbeit großzügig Anerkennung für die ursprüngliche, unveröffentlichte Arbeit, weshalb das Gesetz meist nach Charles benannt ist.

Die tiefgreifende Bedeutung des Gesetzes liegt in seiner Extrapolation. Als die Wissenschaftler das Volumen verschiedener Gase in Abhängigkeit von der Temperatur aufzeichneten, stellten sie fest, dass alle Linien, wenn sie nach hinten verlängert wurden, zu einem einzigen Punkt mit einem Volumen von Null konvergierten. Diese theoretische Temperatur wurde mit -273,15 °C bestimmt. Dieser Punkt wurde als absoluter Nullpunkt, die niedrigste mögliche Temperatur, anerkannt, was zur Grundlage der absoluten Kelvin-Temperaturskala wurde. Auf der Kelvin-Skala, wo 0 K der absolute Nullpunkt ist, nimmt das Gesetz die einfache proportionale Form [latex]V = kT[/latex] an. Mikroskopisch betrachtet, erhöht die Erwärmung eines Gases bei konstantem Druck die kinetische Energie seiner Moleküle, so dass sie sich schneller bewegen. Um einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten (d. h. eine konstante Rate von Zusammenstößen mit den Behälterwänden), muss sich das Volumen ausdehnen, so dass die sich schneller bewegenden Moleküle zwischen den Zusammenstößen mehr Platz zur Verfügung haben.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Thermodynamik

Typ

Physikalisches Gesetz

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Robert Boyles Arbeit zur Ermittlung der Druck-Volumen-Beziehung für Gase
  • Die Erfindung und Weiterentwicklung des Luftthermometers, das auf der Wärmeausdehnung beruhte
  • Fortschritte bei der genauen Messung von Gasvolumina mit Geräten wie Messzylindern und Gasspritzen
  • Das Konzept der Aufrechterhaltung eines konstanten Drucks während eines Experiments (isobare Bedingungen)

Anwendungen

  • Heißluftballons
  • Bimetallstreifen in Thermostaten
  • Pop-up-Truthahn-Timer
  • Aufgehen des Brotes beim Backen
  • Verbrennungsmotorzyklen (isobare Expansion)
  • Aufblasen und Aufstieg des Wetterballons

Patente:

NA

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Verwandt mit: Charles'sches Gesetz, Volumengesetz, ideales Gas, Thermodynamik, konstanter Druck, isobarer Prozess, absoluter Nullpunkt, Kelvin-Skala, Gasausdehnung, Verhältnis zwischen Volumen und Temperatur.

Historischer Kontext

Charles' Gesetz (Vol-Temp-Gesetz)

1800
1800
1801
1802
1808
1811
1816-11-16
1800
1800
1800
1802
1802
1810
1816
1816-11-16

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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