กฎของชาร์ลส์ (Charles’s Law) กล่าวว่า “ปริมาตรของแก๊สที่มีมวลหนึ่ง ๆ ในความดันคงที่ จะแปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์“
ความหมาย:
- เมื่อความดันคงที่ ปริมาตรของแก๊ส (V) จะเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิสัมบูรณ์ (T) เพิ่มขึ้น และลดลง เมื่ออุณหภูมิสัมบูรณ์ ลดลง
- อุณหภูมิสัมบูรณ์ วัดเป็นหน่วยเคลวิน (K) ซึ่งไม่มีองศา
- กฎนี้ใช้กับแก๊สอุดมคติ เท่านั้น แก๊สจริงจะเบี่ยงเบนจากกฎนี้เล็กน้อยที่อุณหภูมิและความดันสูง
สูตร:
V ∝ T
หรือ
V/T = k
โดยที่:
- V คือ ปริมาตรของแก๊ส (หน่วยลูกบาศก์เมตร, m^3)
- T คือ อุณหภูมิสัมบูรณ์ของแก๊ส (หน่วยเคลวิน, K)
- k คือ ค่าคงที่ ขึ้นอยู่กับมวลของแก๊สและความดัน
ตัวอย่าง:
- ลมยางร้อนขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ทำให้ลมยางขยายตัว ซึ่งอาจทำให้ยางรั่วได้
- บอลลูนที่เต็มไปด้วยอากาศร้อนจะลอยขึ้น เพราะอากาศร้อนมีปริมาตรมากกว่าอากาศเย็น
- ไนโตรเจนเหลวที่ -196 องศาเซลเซียส (77 เคลวิน) จะมีปริมาตรน้อยกว่าไนโตรเจนที่อุณหภูมิห้องมาก
กฎของชาร์ลส์ มีความสำคัญในหลาย ๆ ด้าน ตัวอย่างเช่น:
- การออกแบบเครื่องยนต์สันดาปภายใน: เครื่องยนต์เหล่านี้ใช้กฎของชาร์ลส์ในการคำนวณปริมาตรของอากาศที่เผาไหม้
- การทำความเย็น: ตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศใช้กฎของชาร์ลส์ในการทำความเย็นอากาศ
- การวัดอุณหภูมิ: เทอร์โมมิเตอร์แบบแก๊สใช้กฎของชาร์ลส์ในการวัดอุณหภูมิ
