La loi de Charles stipule que le volume d'un gaz est directement proportionnel sa temp rature lorsque la pression reste constante. Cela signifie que, lorsque la temp rature d'un gaz augmente, son volume augmente galement, condition que la pression reste la m me. Inversement, si la temp rature diminue, le volume diminue galement. Cette relation est fondamentale pour comprendre le comportement des gaz et est souvent observ e lorsqu'on chauffe ou refroidit un gaz dans un contenant flexible, comme un ballon, o le changement de temp rature entra ne une variation notable du volume.

simulation

La g n ration de a pression ($p$) se produit lorsque les particules de gaz entrent en collision avec la surface du r cipient de gaz. Chaque collision transmet un moment gal au double de a masse molaire ($m$) fois a vitesse moyenne d'une particule ($\bar{v}$). De plus, il est important de consid rer le flux de particules vers la surface, qui d pend de a concentration de particules ($c_n$) mais aussi de a vitesse moyenne d'une particule ($\bar{v}$), avec lequel elles se d placent. Par cons quent,

$p \propto c_n v \cdot m v = c_n m v^2$

Le flux de particules et la transmission du moment sont repr sent s dans le graphique suivant :

image

tant donn que a masse molaire ($m$) fois a vitesse moyenne d'une particule ($\bar{v}$) au carr est proportionnel l' nergie, et cette derni re a température absolue ($T$),

$mv^2 \propto E \propto T$

et, tant donn que le nombre de particules ($N$) est constant, a concentration de particules ($c_n$) est inversement proportionnel le volume ($V$) :

$c_n \propto \displaystyle\frac{1}{V}$

Comme a pression ($p$) est constante, nous avons :

$p \propto \displaystyle\frac{T}{V}$

ce qui implique :

$V \propto T$

La temp rature correspond l' nergie thermique (mouvement) contenue dans un objet.

Puisque l' nergie est toujours positive, les chelles de temp rature telles que Celsius et Fahrenheit, qui peuvent prendre des valeurs n gatives, peuvent sembler contre-intuitives. Cependant, la relation entre l' nergie et la temp rature conduit la conclusion qu'il doit exister une temp rature minimale, connue sous le nom de z ro absolu, o l' nergie d'un syst me de particules est nulle.

De plus, en 1802, Gay-Lussac a observ que dans les gaz, il existe une relation proportionnelle entre le volume et la temp rature. Cette proportionnalit implique qu'un gaz atteindrait un volume nul une temp rature de -273,15 degr s Celsius (selon les mesures modernes), ce qui est connu sous le nom de z ro absolu de temp rature:

image

Cela implique l'existence d'une telle chelle, qui a t appel e l' chelle de temp rature absolue mesur e en degr s Kelvin. D'autres chelles, telles que les temp ratures $t$ en degr s Celsius ou Fahrenheit, peuvent tre converties en :

Celsius:

$T = 273.15 + t$

Fahrenheit:

$T = 255.37 + \displaystyle\frac{5}{9} t$

A différence de température en degrés Celsius ($\Delta t$) combin a température en degrés Celsius à l'état 1 ($t_1$) et a température en degrés Celsius à l'état 2 ($t_2$) donne comme r sultat :

$\Delta t = t_2 - t_1$

Si nous exprimons les deux temp ratures en degr s Kelvin, nous avons que a température à l'état 1 ($T_1$) est gal :

$T_1 = t_1 + 273.15 , \text{K}$

et a température à l'état 2 ($T_2$) est gal :

$T_2 = t_2 + 273.15 , \text{K}$

Par cons quent, la diff rence de temp ratures en Kelvin, d sign e par a différence de température ($\Delta T$), se calcule comme suit :

$\Delta T=T_2-T_1=t_2-t_1=\Delta t$

Cela implique :

equation=4380

Ce qui signifie que la diff rence entre les temp ratures en degr s Celsius et Kelvin reste la m me.

Dans un gaz, si a pression ($p$) et le nombre de particules ($N$) sont maintenus constants, on observe que le volume ($V$) et a température absolue ($T$) varient de mani re proportionnelle. Lorsque le volume ($V$) diminue, a température absolue ($T$) diminue galement, et vice versa,

$V \propto T$

comme illustr dans le graphique suivant :

image

La loi de Charles [1] stipule qu'avec a pression ($p$) et le nombre de particules ($N$) constants, le volume ($V$) et a température absolue ($T$) sont directement proportionnels.

Cela peut tre exprim avec a constante de la loi de Charles ($C_c$) comme suit :

equation=583

[1] "Sur la dilatation des gaz et des vapeurs", Jacques Charles, Acad mie des sciences fran aise (1787)

Jacques Charles, n le 12 novembre 1746 et d c d le 7 avril 1823, tait un physicien, inventeur et a ronaute fran ais. Il est principalement connu pour son travail pionnier dans le domaine de l'a ronautique et pour ses d couvertes li es au comportement des gaz. En 1783, il a effectu le premier vol habit en ballon rempli d'hydrog ne, en collaboration avec le chimiste Nicolas-Louis Robert. Ce vol r ussi a marqu une tape importante dans l'histoire de l'aviation. Charles a galement apport des contributions importantes la compr hension des lois des gaz, notamment la loi de Charles, qui d crit la relation entre le volume et la temp rature d'un gaz pression constante.

Note : La loi de Charles a t rendue publique par Joseph Louis Gay-Lussac, qui l'a attribu e Jacques Charles en citant un article non publi .

La loi de Charles tablit que, avec a pression ($p$) constant, le rapport de le volume ($V$) A température absolue ($T$) est gal a constante de la loi de Charles ($C_c$) :

equation=583

Cela signifie que si un gaz passe d'un tat initial (le volume à l'état i ($V_i$) et a température à l'état initial ($T_i$)) un tat final (le volume à l'état f ($V_f$) et a température à l'état final ($T_f$)), en maintenant a pression ($p$) constant, il doit toujours ob ir la loi de Charles :

$\displaystyle\frac{V_i}{T_i} = C_c = \displaystyle\frac{V_f}{T_f}$

Ainsi, nous avons :

equation=3492

Dans un processus isobare o le contenu reste constant, si le volume à l'état i ($V_i$), a température à l'état final ($T_f$), a température à l'état initial ($T_i$) et a température à l'état final ($T_f$) sont li s par :

equation=3492

Alors, nous pouvons introduire a densité ($\rho$), qui, avec a masse ($M$) et le volume ($V$), satisfait :

equation=3704

Cela nous conduit a densité dans l'état i ($\rho_i$) et a densité dans l'état f ($\rho_f$) comme :

equation=8835

model

La loi de Charles tablit une relation entre le volume ($V$) et a température absolue ($T$), indiquant que leur rapport est gal a constante de la loi de Charles ($C_c$), comme suit :

kyon

La loi de Charles tablit une relation entre le volume ($V$) et a température absolue ($T$), indiquant que leur rapport est gal a constante de la loi de Charles ($C_c$), comme suit :

kyon

Si un gaz passe d'un tat initial (i) un tat final (f) avec a pression ($p$) constant, alors pour le volume à l'état i ($V_i$), le volume à l'état f ($V_f$), a température à l'état initial ($T_i$) et a température à l'état final ($T_f$) :

kyon

A densité ($\rho$) est d fini comme le rapport entre a masse ($M$) et le volume ($V$), exprim comme suit :

kyon

Cette propri t est sp cifique au mat riau en question.

A densité ($\rho$) est d fini comme le rapport entre a masse ($M$) et le volume ($V$), exprim comme suit :

kyon

Cette propri t est sp cifique au mat riau en question.

Pour les tats initiaux (a densité dans l'état i ($\rho_i$), le volume à l'état i ($V_i$)) et finaux (a densité dans l'état f ($\rho_f$), le volume à l'état f ($V_f$)), la loi de Charles est obtenue comme suit :

kyon