Чарльзын хууль нь хийн хуулиудыг судлах үндсэн зарчим бөгөөд тодорхой хэмжээний хийн эзэлхүүн ба температурын хоорондын хамаарлыг тодорхойлдог бөгөөд даралтыг тогтмол байлгадаг. Энэ хуулийг 18-р зууны сүүлчээр уг хуулийг боловсруулсан Францын зохион бүтээгч, эрдэмтэн Жак Чарльзын нэрээр нэрлэжээ. Чарльзын хууль нь хими, физик, янз бүрийн инженерийн салбарын чухал ойлголт бөгөөд янз бүрийн дулааны нөхцөлд хий хэрхэн ажилладаг талаар ойлголт өгдөг.
Чарльзын хуулинд тогтмол даралтад байгаа өгөгдсөн хэмжээний хийн эзэлхүүн нь Кельвиний температуртай шууд пропорциональ байна гэж заасан байдаг. Үүнийг дараах томъёогоор илэрхийлж болно.
\( V \propto T \)Энд \( V \) нь хийн эзэлхүүнийг, \( T \) нь Келвин дэх хийн температур юм. Илүү практик утгаараа, хэрэв хийн температур нэмэгдэх юм бол даралт нь тогтмол хэвээр байвал түүний эзэлхүүн нэмэгдэх болно. Харин эсрэгээр, хэрэв температур буурвал хийн эзэлхүүн мөн буурна.
Чарльзын хуулийн эзэлхүүн ба температурын хамаарлыг дараахь тэгшитгэлээр илэрхийлж болно.
\( \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \)Энд \( V_1 \) ба \( V_2 \) нь тус тус хийн эхний ба эцсийн эзэлхүүн бөгөөд \( T_1 \) ба \( T_2 \) нь Келвиний анхны ба эцсийн температур юм.
Чарльзын хуулийг хийн молекулуудын кинетик энерги нь үнэмлэхүй температуртай шууд пропорциональ байдаг гэсэн хийн кинетик онолоос гаргаж авч болно. Хийн температур нэмэгдэхийн хэрээр түүний молекулуудын кинетик энерги нэмэгдэж, илүү хурдан хөдөлдөг. Энэхүү хөдөлгөөн ихсэх нь хий өргөжиж, улмаар түүний эзлэхүүнийг нэмэгдүүлдэг.
Чарльзын хуулийн томъёо нь температур ба эзэлхүүний хоорондын шууд хамаарлыг шууд илэрхийлдэг.
\( V = kT \)Энэ тэгшитгэлд \( k \) нь хийн даралт болон хийн хэмжээ (мол)-оос хамаардаг тогтмол юм. Энэ тэгшитгэл нь даралт ба моль тогтмол байх үед хийн эзэлхүүн \( V \) түүний температур \( T \) шууд пропорциональ байгааг харуулж байна.
Чарльзын хууль нь өдөр тутмын амьдрал болон шинжлэх ухааны янз бүрийн салбарт өргөн хүрээний хэрэглээтэй. Чарльзын хууль тодорхой харагдаж байгаа зарим жишээг доор харуулав.
Чарльзын хуулийг харуулах энгийн туршилт нь бөмбөлөг, хөлдөөгч, дулаан газар (нартай өдөр гадаа байх шиг) багтдаг. Эхлээд бөмбөлгийг хэсэгчлэн хийлж, уя. Бөмбөлгийг усанд живүүлэх замаар түүний эзлэхүүнийг хэмжиж, шилжсэн эзэлхүүнийг тэмдэглэнэ. Дараа нь бөмбөлгийг хөлдөөгчид хийж, хэдэн цагийн турш хөргөнө. Бөмбөлгийг аваад түүний хэмжээг дахин хэмжинэ; буурч байгааг та анзаарах болно. Дараа нь бөмбөлгийг дулаан газар байрлуулж эсвэл үс хатаагчаар зөөлөн халааж, хэт халахаас болгоомжил. Бөмбөлөгний эзэлхүүнийг дахин хэмжиж, нэмэгдсэнийг ажиглаарай. Температурын нөлөөгөөр эзлэхүүний энэ өөрчлөлт нь даралтыг тогтмол байлгахын зэрэгцээ (бөмбөлөг чөлөөтэй тэлэх боломжтой) Чарльзын хуулийг үйлчилж байгааг харуулж байна.
Чарльзын хуулийг ойлгох нь янз бүрийн температурын нөхцөлд, ялангуяа даралт тогтмол байх нөхцөлд хийн үйл ажиллагааг ойлгоход маш чухал юм. Энэ хууль нь хөдөлгүүр, хөргөлтийн системийг зохион бүтээхээс эхлээд цаг агаарын төлөв байдлыг урьдчилан таамаглах, агаар мандлын үзэгдлүүдийг судлах хүртэл янз бүрийн практик хэрэглээнд нөлөөлнө. Эрдмийн салбарт Чарльзын хууль нь термодинамикийн илүү нарийн төвөгтэй онолуудын үндэс суурь болж, физик, химийн хоёрын ойлголтыг холбоход тусалдаг.
Түүгээр ч зогсохгүй Чарльзын хууль нь Бойлийн хууль (даралт ба эзэлхүүнтэй холбоотой) болон Нийлмэл хийн тухай хууль зэрэг бусад хийн хуулиудын хамт хамгийн тохиромжтой хийн хуулийн үндэс болдог. Ideal хийн хууль нь даралт, эзэлхүүн, температур, хийн хэмжээ хоорондын хамаарлыг нэг, нэгдсэн тэгшитгэлд багтаасан термодинамик ба химийн судалгаанд чухал тэгшитгэл юм.
\( PV = nRT \)Энд \( P \) даралтыг, \( V \) эзэлхүүнийг, \( n \) бодисын хэмжээ (моль), \( R \) нь хамгийн тохиромжтой хийн тогтмол, \( T \) температурыг илэрхийлнэ. Келвин хотод. Чарльзын хууль нь энэхүү өргөн тэгшитгэлийн салшгүй хэсэг болох температурын өөрчлөлтөд хий хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлдэгийг ойлгоход хувь нэмэр оруулдаг.
Боловсролын орчинд Чарльзийн хууль нь кинетик молекулын онол болон хийн молекулуудын микроскопийн үйл ажиллагаа нь эзлэхүүн зэрэг макроскоп шинж чанарт хэрхэн илэрдэгийг бодитой бөгөөд ойлгомжтойгоор харуулсан болно. Энэ нь оюутнуудад хийн эзэлхүүн онолын хувьд тэг хүрэх онолын температур болох үнэмлэхүй тэг гэсэн ойлголтыг ойлгоход тусалдаг бөгөөд энэ нь шинжлэх ухаанд температурыг хэмжихэд Келвин масштабын ач холбогдлыг онцлон харуулж байна.
Дүгнэж хэлэхэд, Чарльзын хууль нь хийн хуулиудын гол зарчим бөгөөд хийн эзэлхүүн ба температурын шууд хамаарлыг харуулсан даралт тогтмол хэвээр байна. Түүний хэрэглээ нь өдөр тутмын технологи, байгаль орчны шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлийн янз бүрийн процессуудад хамаатай. Туршилтууд болон практик жишээнүүдийн тусламжтайгаар Чарльзын хууль нь орчин үеийн физикийн шинжлэх ухаан, инженерчлэлийн ихэнх салбаруудын үндэс болох хийн үндсэн зан үйлийн цонхыг санал болгодог.
