Kalkulator Hukum Charles: V₁/T₁ = V₂/T₂
Hukum Charles menyatakan bahawa pada tekanan malar, isipadu gas adalah berkadar terus dengan suhu mutlaknya (dalam Kelvin). Apabila suhu berganda, isipadu juga berganda. Hukum ini ditemui oleh Jacques Charles, ahli fizik Perancis, pada sekitar tahun 1787.
Cara Kira Hukum Charles
Untuk kira Hukum Charles, guna formula nisbah isipadu-suhu:
V₁/T₁ = V₂/T₂
Di mana:
- V₁ = Isipadu awal (liter atau unit lain)
- T₁ = Suhu awal (Kelvin)
- V₂ = Isipadu akhir
- T₂ = Suhu akhir (Kelvin)
Langkah cara kira Hukum Charles: susun semula formula untuk cari V₂, kemudian ganti nilai yang diketahui.
Formula Hukum Charles: V₂ = (V₁ × T₂) ÷ T₁ (T dalam Kelvin)
Suhu mesti dalam Kelvin sebelum kira. Cara tukar Celsius ke Kelvin: K = °C + 273.15. Contoh: 27°C = 300.15 K.
Contoh Pengiraan Hukum Charles
Gas Hukum Charles pada suhu 300 K mempunyai isipadu 2 L. Gas dipanaskan ke 400 K pada tekanan malar. Berapakah isipadu akhirnya?
Cara kira Hukum Charles langkah demi langkah:
- V₁ = 2 L, T₁ = 300 K, T₂ = 400 K
- Guna formula kira: V₂ = (V₁ × T₂) ÷ T₁
- V₂ = (2 × 400) ÷ 300 = 2.67 L
Isipadu naik kerana molekul gas bergerak lebih laju pada suhu tinggi dan menolak dinding bekas lebih kuat. Kalkulator kira Hukum Charles di atas mengendalikan langkah ini secara automatik.
Apa itu Hukum Charles?
Hukum Charles ialah hukum gas yang menyatakan hubungan terus antara isipadu dan suhu mutlak gas pada tekanan malar. Dikemukakan oleh Jacques Alexandre César Charles pada sekitar 1787, hukum ini lahir daripada pemerhatian belon gas hidrogen yang mengembang apabila dipanaskan.
Pernyataan ringkas: apabila suhu gas (dalam Kelvin) berganda, isipadunya turut berganda, dengan syarat tekanan tidak berubah.
Hukum Charles sah paling tepat untuk gas unggul pada tekanan rendah dan suhu sederhana. Gas nyata menyimpang sedikit pada suhu sangat rendah atau tekanan sangat tinggi.
Mengapa Hukum Charles Penting?
Hukum Charles penting kerana ia menjelaskan tingkah laku gas dalam banyak situasi nyata. Belon udara panas naik apabila udara di dalamnya dipanaskan — isipadu udara bertambah, ketumpatan turun, belon terangkat. Ini Hukum Charles dalam tindakan.
Dalam enjin jet dan turbin gas, jurutera menggunakan prinsip Hukum Charles untuk kira perubahan isipadu udara masuk pada suhu pembakaran berbeza. Reka bentuk penyimpan gas industri juga bergantung pada formula kira Hukum Charles untuk pastikan tangki tidak melebihi kapasiti apabila suhu persekitaran berubah.
Lihat juga: Kalkulator Hukum Boyle untuk hubungan tekanan-isipadu, dan Kalkulator Jisim Molar untuk pengiraan mol gas.
Aplikasi Hukum Charles
Hukum Charles muncul dalam pelbagai konteks sains dan kejuruteraan:
- Belon udara panas: udara dipanaskan oleh penunu propana, isipadu dalam sampul bertambah, daya apung meningkat
- Tayar kenderaan: pada hari sejuk, tekanan tayar turun bukan kerana udara hilang, tetapi kerana suhu rendah mengurangkan isipadu udara dalam tayar
- Sistem respirasi: paru-paru mengembang dan mengecut sebahagiannya mengikut prinsip Hukum Charles apabila suhu dalaman badan dikekalkan
- Industri gas: tangki gas cecair nitrogen dan oksigen direka bentuk dengan mengambil kira perubahan isipadu pada suhu berbeza
Untuk pengiraan gas yang melibatkan tekanan dan suhu serentak, guna Kalkulator Hukum Gas Gabungan yang menggabungkan Hukum Charles dan Hukum Boyle dalam satu formula.
| V₁ (L) | T₁ (K) | T₂ (K) | V₂ (L) |
|---|---|---|---|
| 10 | 300 | 400 | 13.33 |
| 10 | 273 | 373 | 13.66 |
| 5 | 300 | 600 | 10.00 |
| 20 | 400 | 200 | 10.00 |
| 1 | 273 | 546 | 2.00 |
| 15 | 300 | 450 | 22.50 |
| 8 | 400 | 300 | 6.00 |
Soalan Lazim
A Hukum Charles ialah hukum gas yang menyatakan bahawa pada tekanan malar, isipadu gas berkadar terus dengan suhu mutlaknya dalam Kelvin. Apabila suhu berganda, isipadu turut berganda. Hukum ini dikemukakan oleh Jacques Charles pada sekitar tahun 1787.
A Guna formula V₂ = (V₁ × T₂) ÷ T₁. Contoh: gas 2 L pada 300 K dipanaskan ke 400 K → V₂ = (2 × 400) ÷ 300 = 2.67 L. Pastikan suhu dalam Kelvin (K = °C + 273.15) sebelum kira.
A Kelvin bermula dari sifar mutlak (−273.15°C), titik di mana semua pergerakan molekul berhenti. Menggunakan Celsius atau Fahrenheit memberi hasil yang salah kerana 0°C bukan titik sifar sebenar. Formula Hukum Charles hanya sah apabila suhu dalam Kelvin. Cara tukar: K = °C + 273.15.
A Hukum Charles digunakan dalam reka bentuk belon udara panas, enjin gas turbin, dan sistem penyimpanan gas industri. Ia juga menjelaskan mengapa tayar kereta kehilangan tekanan pada musim sejuk dan mengapa belon lateks mengempis di tempat sejuk.
A Hukum Boyle mengkaji hubungan tekanan-isipadu pada suhu malar: tekanan naik, isipadu turun. Hukum Charles pula mengkaji hubungan suhu-isipadu pada tekanan malar: suhu naik, isipadu naik. Kedua-dua digabung dalam Hukum Gas Gabungan: (P₁V₁)/T₁ = (P₂V₂)/T₂.