Charles yasası (Hacim-Sıcaklık V/T)

Question

Sabit basınç altında bir gazın hacmi sıcaklıkla doğru orantılı mı artıyor? Mesela bir balonu sıcak bir odada bıraktığımızda neden şişiyor? Bu ilişkiyi tam olarak anlayamadım, formülde neden Kelvin cinsinden sıcaklık kullanıyoruz?

Answer 1

# 📚 Charles Yasası: Hacim ve Sıcaklık İlişkisi (Ders Notu)

🔬 Charles Yasası Nedir?

Charles Yasası, gazların davranışını açıklayan temel gaz yasalarından biridir. Fransız fizikçi Jacques Charles tarafından 1787'de keşfedilmiş ve 1802'de Joseph Gay-Lussac tarafından yayınlanmıştır. Bu yasa, sabit basınç altında tutulan bir gazın hacmi ile mutlak sıcaklığı arasındaki doğru orantılı ilişkiyi ifade eder.

⚖️ Yasayı Tanımlayan Matematiksel İfade

Charles Yasası matematiksel olarak şu şekilde ifade edilir:

\( \frac{V}{T} = k \) veya \( \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \)

Burada:

• 🎈 V = Gazın hacmi (L, mL, m³)
• 🌡️ T = Gazın mutlak sıcaklığı (Kelvin, K)
• 🔢 k = Sabit (belirli bir gaz miktarı ve basınç için)

📝 Charles Yasasının Temel İlkeleri

✅ 1. Doğru Orantı İlkesi

Sabit basınç ve gaz miktarında, gazın hacmi mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Sıcaklık artarsa hacim artar, sıcaklık azalırsa hacim azalır.

❄️ 2. Mutlak Sıcaklık Şartı

Charles Yasası'nda sıcaklık her zaman Kelvin (K) cinsinden ifade edilmelidir. Santigrat (°C) kullanılıyorsa Kelvin'e çevrilmelidir:

\( T(K) = T(°C) + 273.15 \)

⚡ 3. Sabit Tutulan Değişkenler

Yasanın geçerli olabilmesi için:

• 🔽 Gaz miktarı (mol sayısı) sabit olmalı
• ⚖️ Basınç sabit olmalı
• 💨 İdeal gaz davranışı göstermeli

📊 Charles Yasası Grafiksel Gösterimi

📈 V-T Grafiği

Hacim (V) ve mutlak sıcaklık (T) grafiği orijinden geçen bir doğru şeklindedir. Doğrunun eğimi sabit basınç değerini verir.

🧊 Mutlak Sıfır Kavramı

Charles Yasası'na göre, gazın hacmi mutlak sıfır noktasında (0 K veya -273.15°C) sıfır olur. Bu, teorik bir tahmindir ve pratikte gazlar bu sıcaklığa ulaşmadan önce sıvılaşır veya katılaşır.

🔍 Charles Yasası Örnek Problem

🧪 Örnek:

Sabit basınçta 25°C'de 2.5 L hacim kaplayan bir gaz örneği, sıcaklığı 75°C'ye çıkarıldığında hacmi ne olur?

🧮 Çözüm:

1. Verilenler: \( V_1 = 2.5 \, L \), \( T_1 = 25°C + 273 = 298 \, K \), \( T_2 = 75°C + 273 = 348 \, K \)
2. Charles Yasası formülü: \( \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \)
3. \( V_2 = V_1 \times \frac{T_2}{T_1} = 2.5 \times \frac{348}{298} \)
4. \( V_2 ≈ 2.92 \, L \)

Cevap: Gazın yeni hacmi yaklaşık 2.92 L olur.

🌡️ Günlük Hayatta Charles Yasası Örnekleri

• 🎈 Sıcak havada balonun şişmesi: Hava ısındıkça balon içindeki gazın hacmi artar
• 🏀 Soğuk havada basketbol topunun sönmesi: Sıcaklık düşünce top içindeki havanın hacmi azalır
• 🚗 Araba lastiklerinin yazın daha şişkin görünmesi: Sıcak havada lastik içindeki hava genişler
• 🧪 Laboratuvarda gazların ısıtılması: Deney tüplerindeki gazlar ısıtılınca hacimleri artar

⚠️ Charles Yasasının Sınırlamaları

• ⏱️ Yalnızca ideal gazlar için tam doğru sonuç verir
• 🔥 Yüksek sıcaklık ve düşük basınç koşullarında daha iyi çalışır
• 💧 Gazın faz değiştirmemesi gerekir (sıvılaşma veya katılaşma olmamalı)

🔗 Diğer Gaz Yasalarıyla İlişkisi

Charles Yasası, diğer gaz yasalarıyla birleştirilerek İdeal Gaz Denklemi'ni oluşturur:

\( PV = nRT \)

Burada Charles Yasası, basıncın (P) ve mol sayısının (n) sabit olduğu özel durumu ifade eder.

---

📌 Özet: Charles Yasası, sabit basınç altında bir gazın hacmi ile mutlak sıcaklığının doğru orantılı olduğunu belirtir. Bu yasa, gazların termal genleşmesini anlamak ve tahmin etmek için temel bir araçtır ve günlük hayatta karşılaştığımız birçok olayı açıklamaya yardımcı olur.