샤를의 법칙 가상실험

아래 링크에서 샤를의 법칙 가상실험을 해 볼 수 있어

sciencej1.cafe24.com/html5/charleslaw/charleslaw.html

 

샤를의 법칙도 보일의 법칙과 비슷하게 이해하면 되

원리는 하나지, 부피는 언제까지 팽창하냐고? 주사기의 내부 압력과 외부 압력이 같아질 때 까지

 

  온도가 올라가면 주사기 안에 입자의 운동이 빨라지거든. 입자의 운동이 빨라지면 당연히 주사기 피스톤에 충돌하는 횟수가 늘어나면서 내부 압력이 증가하게 되지. 물론 충돌하는 속력도 증가한단다.

 

  그러면 주사기 내부 부피가 증가하게 되. 언제까지 증가하냐고? 당연히 외부압력과 같아질때 까지 증가하게 되지

내부 압력이 커지면 주사기 피스톤이 밀려 올라가게 되고, 그럼 거리가 점점 멀어지면서 주사기 내부 입자들의 충돌횟수는 점점 줄어들게 되지. 그럼 내부 압력도 점점 작아지게 되겠지. 그러다가 내부압력과 외부 압력이 같아지는 지점에서 주사기 피스톤은 밀려올라가는 것을 멈추게 되는 거야.

 

  그런데 이걸 모르는 사람이 있을까? 유치원생도 알고 있을 걸. 온도가 올라가면 부피가 커진다는 것을? 그런데 뭐가 대단하다고 샤를의 법칙이라고 부를까?

  그 이유는 샤를이 실험을 통해서 모든 기체는 온도가 올라가면 단순히 그냥 증가하는게 아니라, 온도와 비례해서 증가한다는 것을 알아냈기 때문이야

 

재미있지 않니? 어떤 기체를 가지고 실험하든, 온도가 올라가면 일정한 비율로 비례해서 부피가 증가한다는 것이

 

동영상도 잠깐 보면서 생각해 봐

 

 

 

이걸 샤를이라는 과학자가 알아 냈지

 

그리고 공식을 만든거야. 비례그래프를 자세히 보면 시작점이 -273 도가 된다는 걸 알 수 있지. 이 온도를 절대온도 0K 라고 해. 정확히 말하면 기체의 부피는 절대온도와 비례한다고 해야 맞아.

조금 어려운 이야기지만 절대온도 0도가 되면 기체의 부피는 0이 된다는 걸 알 수 있지. 그런데 어떤 물질의 부피가 0이 될 수 있을까? 그건 불가능해. 그럼 이걸 어떻게 해석해야 할까?

믿기지 않겠지만, 우리가 아무리 온도를 내려도 절대온도 0도 까지 내릴 수 없어. 무한히 가까워 질 수는 있겠지만, 절대온도 0도는 도달할 수 없는 온도야. 신기하지. 세상에 우리가 도달할 수 없는 온도가 있다니... ^^

 

위 가상실험을 통해 실험해 보도록 해.

이것 저것 실험해 보면서 샤를 처럼 규칙을 직접 찾아 보면 어떨까?

 

참 주의할 점은 주사기가 언제까지 팽창하냐고 물으면 안쪽 충돌횟수와 바깥쪽 충돌횟수가 같아질때 까지라고 말하면 안되. 안쪽과 바깥쪽의 압력이 같아질때 까지라고 말해야 해. 왜 그런지 알겠니, 충돌횟수는 같지 않아.

주사기 안쪽 입자의 운동속력이 더 빠르기 때문에 압력이 같아 지려면 속력이 느린 바깥쪽 충돌횟수가 속력이 빠른 안쪽보다 더 많아야 할거야.

 

한가지 더! 가상실험을 할 때, 왼쪽에 주사기 피스톤을 확대해 놓은 초록색 피스톤을 마우스를 이용하여 이동시킬 수 있다는 거 아니? 실제 실험 처럼 한번 초록색 피스톤을 강제로 이동시키고, 부피고 어떻게 변하는지 관찰해 보는 것도 재미있는 실험이 될거야.

 

중요한 건 언제 피스톤이 멈추냐는 거지, 정답은 안쪽과 바깥쪽의 압력이 같아질 때 까지야. 한번 실험해 보면서 이해해 봐.

 

보일의 법칙 가상실험은 아래 링크에서 할 수 있어

sciencelovestudy.tistory.com/28