Charles’s Law ist ein Gasgesetz, das das Volumen mit der Temperatur in Beziehung setzt. Das Gesetz ist nach Jacques Charles benannt, einem französischen Erfinder und Wissenschaftler. Er fand durch sein Experiment heraus, dass das Volumen eines Gases mit steigender Temperatur linear zunimmt. Obwohl die Entdeckung des Gesetzes auf die späten 1700er Jahre zurückgeht, können wir seine Anwendungen und Beispiele in unseren alltäglichen Aktivitäten sehen. Hier sind einige Beispiele aus dem wirklichen Leben für dieses Gesetz.
Heißluftballon
Ein Luftballon ist ein klassisches Beispiel für das Charles’sche Gesetz. Tatsächlich war Charles selbst ein Ballonfahrer und war einer der wenigen, die den ersten Wasserstoffballon auf dem Champ de Mars in Paris fliegen ließen.
Das Funktionsprinzip eines Luftballons ist einfach. Er besteht aus einer Tasche oder einer Hülle, einem Korb für die Passagiere und einer Brennstoffquelle wie Propan. Wenn der Treibstoff gezündet wird, erwärmt sich die Luft in der Hülle. Diese heiße Luft dehnt sich nach dem Charles’schen Gesetz aus. Mit zunehmender Temperatur der Luft nimmt auch das Luftvolumen zu und folglich die Dichte ab. Dadurch wird der Umschlag leichter als die ihn umgebende atmosphärische Luft. Die Auftriebskraft drückt die leichtere Hülle in die Luft und sie fliegt.
Menschliche Lunge
Die menschliche Lunge ist ein schwammartiges, luftgefülltes Organ und spielt eine wichtige Rolle bei der Atmung. Die Luft strömt hinein, wenn sich die Lunge ausdehnt, und sie strömt heraus, wenn sie sich zusammenzieht.
Im Winter sinkt die Temperatur der Luft. Infolgedessen sinkt auch die Temperatur der Luft im Inneren des Körpers. Nach dem Charles’schen Gesetz ist das Volumen direkt proportional zur Temperatur. Daher nimmt das Volumen der Luft mit der Temperatur ab. Dadurch schrumpft die Lunge und körperliche Aktivitäten wie Joggen werden an kalten Wintertagen schwierig.
Poolschwimmer
Als Kleinkind haben wir alle beim Schwimmunterricht einen Poolschwimmer benutzt. Poolschwimmer sind mit Luft gefüllt und haben dadurch eine viel geringere Dichte als Wasser.
Wenn Wasser kälter ist als Luft. Die Luft in den Schwimmern schrumpft, weil die Temperatur der Luft in den Schwimmern sinkt. Das umgekehrte Phänomen wird an heißen Sommertagen beobachtet, wenn das Wasser viel wärmer ist. In einem heißen Klima steigt die Temperatur der Luft in den Schwimmern, und sie werden übermäßig aufgeblasen.
Tischtennisbälle
Tischtennis ist ein internationaler Sport, der unter anderem in China, Österreich, Weißrussland, Deutschland und Hongkong bekannt ist.
Ein häufiges Problem bei Tischtennisbällen ist, dass sie eine Delle bekommen können, wenn sie einem starken Schlag oder Druck ausgesetzt werden. Eine gängige Methode, um diese Delle zu beheben, ist das Eintauchen des Balls in warmes Wasser. Beim Eintauchen erhöht sich die Temperatur der Luft im Inneren des Balls, und gemäß dem Charles’schen Gesetz dehnt sich die Luft aus. Der Ball wird aufgeblasen und die Dellen werden repariert.
Reifen
Die Reifen von unberührten Fahrzeugen verlieren an eisigen Wintertagen die Luft, während sie an heißen Sommertagen aufgeblasen werden. Dieses ungewöhnliche Verhalten ist auf das Charles’sche Gesetz zurückzuführen. Im Winter wird die Luft im Inneren eines Reifens aufgrund der niedrigen Temperaturen kühler, und er schrumpft. An heißen Tagen dehnt sich die Luft mit der Temperatur aus.
Heliumballon
Wie Reifen dehnen sich auch Heliumballons mit der Veränderung der Umgebungstemperatur aus und ziehen sich zusammen. Nimmt man einen Ballon an einem verschneiten Tag heraus, zerbröckelt er. Wenn man denselben Ballon wieder in einen warmen Raum bringt, nimmt er seine ursprüngliche Form wieder an.
Backen
Das Charles’sche Gesetz können wir auch in unseren Küchen beobachten. Unsere leckeren Backwaren wie Brot und Kuchen wären ohne Hefe nicht schwammig und weich. Hefe ist ein Triebmittel, das zu den Pilzen gehört. Sie wandelt den Zucker im Teig in Kohlendioxidgas um. Wenn Brot und Kuchen gebacken werden, wird diese Umwandlung beschleunigt. Das freigesetzte Gas dehnt sich aufgrund der hohen Temperaturen im Ofen aus. Diese Ausdehnung verleiht Brot und Kuchen ein schwammiges Aussehen.
Zugehörige Artikel
- Charles Gesetz
- Die Gleichung des Charles Gesetzes
- Grafiken des Charles Gesetzes