查理定律計算機
計算壓力固定時,溫度變化造成的氣體體積變化。
查理定律計算
輸入初始體積,以及兩個使用相同單位的溫度。
關於查理定律
查理定律描述一定量的氣體在壓力固定時,體積如何隨絕對溫度改變。兩者成正比:加熱氣體會使體積增加,冷卻則使體積減少。標準方程式為 V1 除以 T1 等於 V2 除以 T2。整理後可得 V2 = V1 × T2 ÷ T1,也就是本計算機採用的計算方式。
套用此定律前,溫度必須以絕對溫標表示。攝氏與華氏溫度不能直接代入,因為其零點並不代表分子熱能為零。本計算機會自動將這兩種溫標換算為克耳文。攝氏溫度加上 273.15 即為克耳文溫度;華氏溫度則先轉為攝氏,再轉為克耳文。初始與最終體積使用相同單位,因此輸入公升,結果也是公升。只要維持相同體積單位,這個比例關係也適用於毫升、立方公尺或立方英尺。
此模型可用於氣球、可撓性氣體容器、實驗示範及氣體行為的近似比較。例如,氣球在陽光下受熱膨脹,是因為分子運動加快,需要更多空間才能維持相同壓力。冷卻的氣球則因相反原因收縮。此定律假設氣體的量不變,且容器能充分自由膨脹或收縮,以維持壓力穩定。
實際系統可能偏離這種理想關係。剛性儲槽無法維持定壓,漏氣容器無法保持氣體的量固定,而接近凝結或處於極高壓力的氣體可能呈現非理想行為。因此,查理定律應視為理想氣體的估算,而非完整的工程模型。務必使用高於絕對零度的溫度;若壓力明顯改變,應使用實測壓力與更完整的氣體方程式。
查理定律範例
| 初始條件 | 最終體積 | 情境 |
|---|---|---|
| 2 L,20°C 至 80°C | 2.4093 L | 加熱後的氣球膨脹。 |
| 5 L,100°C 至 0°C | 3.6601 L | 冷卻後的氣體收縮。 |
| 10 L,20°C 至 -50°C | 7.6121 L | 理想化的氣象氣球冷卻。 |
計算機使用方式
- 輸入氣體的初始體積。
- 輸入初始溫度與最終溫度。
- 選擇兩個溫度值共同使用的溫標。
- 選取「計算最終體積」並查看結果。
常見問題
什麼是查理定律?
查理定律指出,定壓下氣體的體積與絕對溫度成正比。氣體的量也必須保持固定。
為什麼要將溫度換算為克耳文?
克耳文是絕對溫標,零點具有物理意義。直接使用攝氏或華氏溫度會得到錯誤的體積比。
可以使用公升以外的體積單位嗎?
可以,因為方程式使用的是體積比。輸入任何體積單位,結果都應以相同單位解讀。
計算機適用於剛性儲槽嗎?
一般不適用,因為剛性儲槽無法改變體積。加熱剛性儲槽內的氣體,改變的是壓力。
查理定律何時不準確?
對非理想氣體、高壓或接近凝結的溫度,準確性會降低。氣體洩漏或壓力顯著變化時也不適用。