ทำความรู้จักกับกฎของชาร์ลส์ หนึ่งในกฎและทฤษฎีของก๊าซอุดมคติ
หนึ่งในสสารบนโลกที่ทุกคนรู้จักกันเป็นอย่างดีนั่นคือ “ก๊าซ” ซึ่งเป็นสิ่งที่มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่อาศัยวิธีสัมผัส เช่น การสูดดม ความรู้สึกของร่างกายจากการสัมผัส นั่นจึงทำให้มีการกำหนดก๊าซอุดมคติขึ้นเพื่อจุดประสงค์ในการศึกษาคุณสมบัติของก๊าซชนิดต่าง ๆ และ “กฎของชาร์ลส์” ก็เป็นหนึ่งในก๊าซอุดมคติเช่นกัน ครูปีโป้จึงขอพาเด็ก ๆ ทุกคนมาทำความรู้จักกันเลย
กฎของชาร์ลส์ (Charles’s Law) คืออะไร
กฎของชาร์ลส์ (Charles’s Law) คือ กฎของก๊าซอันเกิดจากการศึกษาคุณสมบัติของก๊าซในด้านต่าง ๆ ทั้งเรื่องมวล ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ การแพร่ การนำความร้อน ฯลฯ โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสนามว่า ฌาก อเล็กซองดร์ เซซา ชาร์ล (Jacques Alexandre César Charles) ได้ค้นพบและกำหนดกฎดังกล่าวขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1787 โดยระบุว่า “ปริมาตรของก๊าซใดก็ตามที่มีมวลคงที่ จะเกิดการแปรผกผันโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ (หน่วยเคลวิน) ของก๊าซดังกล่าวเมื่อค่าความดันคงที่”
สัญลักษณ์ทฤษฎีของก๊าซอุดมคติตามกฎของชาร์ลส์
V ∝ T
โดย V = kT หรือ V/T = k
เมื่อ V = ปริมาตร, T = อุณหภูมิ และ k = ค่าคงที่
และเนื่องจากอัตราส่วนระหว่าง V กับ T เป็นค่าคงที่ สิ่งที่เกิดขึ้นคือ V1 T2 = V2 T1 หรือ V1/T1 = V2/T2
การทดลองที่ทำให้เกิดกฎของชาร์ลส์
ฌาก ชาร์ลส์ ได้ศึกษาความสัมพันธ์ของปริมาตรก๊าซเมื่ออุณหภูมิเกิดการเปลี่ยนแปลง เหตุผลมาจากในยุคนั้นนิยมใช้อุณหภูมิสูงหรืออากาศร้อนเพื่อให้บอลลูนลอยตัวขึ้น เขาและนักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงอยากทำให้บอลลูนลอยขึ้นได้สูงกว่าเดิมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและเป็นไปตามความสัมพันธ์ระหว่างการขยายตัวของก๊าซกับอุณหภูมิ
ขั้นตอนการทดลองเขานำหลอดแก้วทรง J บรรจุก๊าซไว้จำนวนหนึ่ง จากนั้นเมื่อทำการเพิ่มความร้อนลงไปยังก๊าซในหลอด สิ่งที่เกิดขึ้นคือ ก๊าซเกิดการขยายตัวและมีปริมาตรมากขึ้น นี่จึงเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้เกิดกฎของชาร์ลส์ขึ้นมา
เป็นยังไงกันบ้างกับเรื่องราวน่าสนใจเกี่ยวกับกฎของชาร์ลส์ จะบอกว่านักวิทยาศาสตร์ในอดีตหลายคนเองถือเป็นบุคคลสำคัญที่ช่วยทำให้มนุษย์เกิดความเข้าใจในสิ่งรอบตัวมากขึ้น ดังนั้นการเรียนวิทยาศาสตร์ของคนยุคใหม่จึงเสมือนช่วยต่อยอดความรู้และศึกษาเรื่องที่ยังเป็นข้อสงสัยให้ได้คำตอบที่ถูกต้อง
ซึ่งเด็ก ๆ คนไหนสนใจเรียนวิชาเคมีเพิ่มเติม หรือตั้งเป้าหมายในการสอบเข้าค่าย สอวน. คอร์สเรียนเคมีกับครูปีโป้ พร้อมช่วยทำให้สิ่งที่คาดหวังไว้เป็นจริงไม่ยาก เจาะลึกเนื้อหาสำคัญ เรียนสนุก เข้าใจง่าย เพื่อโอกาสที่เป็นจริงสำหรับทุกคน
