Hukum Charles
Kalkulator hukum Charles ini menemukan volume akhir atau suhu akhir suatu gas ketika tekanan dan jumlah gas tetap konstan. Masukkan tiga dari empat nilai (V1, T1, V2, T2), biarkan kosong yang tidak diketahui, dan alat akan menyelesaikan V1/T1 = V2/T2 dengan langkah penuh. Ia menerima L, mL, dan m³ untuk volume dan K, °C, dan °F untuk suhu, dan mengkonversi setiap suhu ke Kelvin secara otomatis, sehingga Anda menghindari kesalahan paling umum dalam soal hukum gas.
Isobaric Gas State Transformation (Constant Pressure: P₁ = P₂)
V₂ = (V₁ × T₂) / T₁ V₂ = (2.0 L × 353.15 K) / 293.15 K = 2.4093 L Kalkulator hukum Charles ini menemukan volume akhir atau suhu akhir suatu gas ketika tekanan dan jumlah gas tetap konstan. Masukkan tiga dari empat nilai (V1, T1, V2, T2), biarkan kosong yang tidak diketahui, dan alat akan menyelesaikan V1/T1 = V2/T2 dengan langkah penuh. Ia menerima L, mL, dan m³ untuk volume dan K, °C, dan °F untuk suhu, dan mengkonversi setiap suhu ke Kelvin secara otomatis, sehingga Anda menghindari kesalahan paling umum dalam soal hukum gas.
Referensi Cepat
| Barang | Nilai |
|---|---|
| Rumus | V1/T1 = V2/T2 |
| Hubungan | Volume dan suhu absolut berbanding lurus |
| Diadakan secara konstan | Tekanan dan jumlah gas (mol) |
| Memecahkan untuk | V1, T1, V2, atau T2 |
| Skala suhu diperlukan | Kelvin (K = °C + 273,15) |
Apa Hukum Charles?
Hukum Charles adalah hukum gas yang menyatakan bahwa volume suatu gas dalam jumlah tertentu berbanding lurus dengan suhu absolutnya ketika tekanannya tetap. Jika suhu gas digandakan dua kali lipat, maka volumenya akan menjadi dua kali lipat. Jika Anda mendinginkannya hingga setengah suhu Kelvinnya, volumenya menjadi setengahnya.
Nama hukum ini diambil dari nama ilmuwan Perancis Jacques Charles, yang mempelajari bagaimana gas memuai ketika dipanaskan pada tahun 1780-an. Charles tidak pernah mempublikasikan hasilnya. Ahli kimia Perancis Joseph Louis Gay-Lussac menerbitkan hubungan tersebut pada tahun 1802 dan memuji Charles atas karya aslinya, itulah sebabnya undang-undang tersebut menggunakan nama Charles saat ini. Charles juga dikenal meluncurkan penerbangan balon hidrogen pertama pada tahun 1783, beberapa bulan sebelum Montgolfier bersaudara membawa penumpang dengan balon udara.
Hukum Charles adalah salah satu dari tiga hukum gas klasik, bersama dengan hukum Boyle dan hukum Gay-Lussac. Bersama-sama mereka membentuk hukum gas gabungan, dan semuanya mengikuti hukum gas ideal.
Mengapa Hukum Berhasil
Menurut teori kinetik molekul, suhu mengukur energi kinetik rata-rata partikel gas. Memanaskan suatu gas membuat partikel-partikelnya bergerak lebih cepat, sehingga mereka semakin sering membentur dinding wadah. Jika wadah dapat mengembang, seperti balon atau silinder piston, maka gas akan mendorong dinding keluar hingga tekanan kembali ke nilai semula. Hasilnya adalah volume yang lebih besar pada suhu yang lebih tinggi.
Tautan ke Nol Mutlak
Jika Anda memplot volume gas terhadap suhu dalam Celcius, datanya akan membentuk garis lurus. Jika garis tersebut diperpanjang kembali, volumenya mencapai nol pada suhu sekitar −273,15 °C. Titik tersebut adalah nol mutlak, yaitu 0 K. Gas nyata mengembun menjadi cairan sebelum mencapainya, namun ekstrapolasi menjadi alasan adanya skala Kelvin dan mengapa hukum gas harus menggunakannya.
Rumus Hukum Charles
Rumusnya adalah:
Anda juga dapat menuliskannya sebagai V/T = k, dengan k adalah konstanta untuk sampel gas tertentu pada tekanan tertentu.
Dari Mana Rumusnya Berasal
Mulailah dengan hukum gas ideal:
Susun ulang untuk mengisolasi V/T:
Jika jumlah gas (n) dan tekanan (P) konstan, dan R adalah konstanta gas universal, nR/P adalah konstanta. Artinya V/T sama pada keadaan awal dan akhir:
Tabel Variabel
| Variabel | Artinya | Unit Umum |
|---|---|---|
| V1 | Volume awal | L, mL, m³ |
| T1 | Suhu absolut awal | K |
| V2 | Jilid akhir | L, mL, m³ |
| T2 | Suhu absolut akhir | K |
Cara Menggunakan Kalkulator Hukum Charles Ini
Pilih apa yang ingin dipecahkan
Pilih V1, T1, V2, atau T2.
Masukkan tiga nilai yang diketahui
Isikan volume awal, suhu awal, dan satu nilai akhir.
Pilih unitnya
Pilih L, mL, atau m³ untuk volume, dan K, °C, atau °F untuk suhu.
Klik Hitung
Alat ini mengubah suhu menjadi Kelvin, mengatur ulang V1/T1 = V2/T2, dan mengembalikan nilai yang hilang.
Baca langkah-langkahnya
Periksa persamaan pengganti untuk melihat bagaimana jawabannya ditemukan.
Jalankan pemeriksaan rasa
Jika suhu naik, volume pasti naik. Jika suhu turun, volume pasti turun.
Apa yang Dapat Dihitung Kalkulator Ini?
Volume akhir (V2)
Berapa banyak ruang yang ditempati gas setelah dipanaskan atau didinginkan.
Suhu akhir (T2)
Suhu yang harus dicapai gas untuk mengisi volume target.
Volume awal (V1)
Volume awal ketika Anda mengetahui keadaan akhir.
Suhu awal (T1)
Suhu awal ketika Anda mengetahui keadaan akhir.
Jika tekanan dan volume berubah bersamaan pada suhu konstan, gunakan Boyle's Law Calculator. Jika tekanan dan suhu berubah pada volume konstan, gunakan Gay-Lussac's Law Calculator. Jika ketiganya berubah, gunakan Combined Gas Law Calculator.
Mengapa Suhu Harus Dalam Kelvin
Hukum Charles hanya berlaku pada suhu absolut. Skala Kelvin, dinamai Lord Kelvin (William Thomson), dimulai dari nol mutlak, di mana pergerakan partikel berada pada titik minimum. Celsius dan Fahrenheit memiliki titik nol yang berubah-ubah, sehingga penggunaannya menghasilkan rasio yang salah. Misalnya, perubahan suhu dari 10 °C ke 20 °C terlihat seperti peningkatan dua kali lipat dalam Celcius, namun dalam Kelvin perubahannya hanya dari 283,15 K menjadi 293,15 K, sekitar 3,5%. Volume gas mengikuti perubahan Kelvin.
Konversikan ke Kelvin dengan rumus berikut:
| Celsius | Fahrenheit | Kelvin |
|---|---|---|
| 0 °C | 32 °F | 273.15 K |
| 20 °C | 68 °F | 293.15 K |
| 25 °C | 77 °F | 298.15 K |
| 37 °C | 98.6 °F | 310.15 K |
| 100 °C | 212 °F | 373.15 K |
Hukum Charles Menyusun Ulang Rumusnya
Setiap variabel dapat diisolasi dengan satu langkah aljabar. Jaga semua suhu dalam Kelvin.
| Selesaikan Untuk | Rumus |
|---|---|
| Jilid akhir | V2 = (V1 × T2) / T1 |
| Suhu akhir | T2 = (V2 × T1) / V1 |
| Volume awal | V1 = (V2 × T1) / T2 |
| Suhu awal | T1 = (V1 × T2) / V2 |
Contoh Hukum Charles
Selesaikan untuk Volume Akhir (V2)
Problem: Sebuah balon menampung 2,0 L udara pada suhu 27 °C. Dipanaskan hingga 127 °C pada tekanan konstan. Temukan volume baru.
Suhu Kelvin meningkat sepertiga, sehingga volumenya meningkat sepertiga.
Selesaikan Suhu Akhir (T2)
Problem: Suatu gas menempati 5,0 L pada suhu 20 °C. Pada suhu berapa ia akan menempati 6,0 L pada tekanan konstan?
Mendinginkan Gas
Problem: Sampel gas sebanyak 500 mL pada suhu 25 °C didinginkan hingga 0 °C pada tekanan konstan. Temukan volume baru.
Volumenya turun sekitar 8,4% karena suhu Kelvin turun dengan fraksi yang sama. Satuan mL dapat lolos karena kedua volume menggunakan satuan yang sama.
Masukan Fahrenheit
Problem: Sampel gas 3,0 L pada 68 °F dipanaskan hingga 104 °F pada tekanan konstan. Temukan volume akhir.
Selesaikan Volume Awal (V1)
Problem: Sebuah gas berakhir pada 8,0 L dan 400 K setelah dipanaskan pada tekanan konstan. Dimulai pada 300 K. Berapa volume awalnya?
Unit Hukum Charles
Volume
| Satuan | Setara |
|---|---|
| 1 L | 1000 mL |
| 1 mL | 1 cm³ |
| 1 L | 1 dm³ |
| 1 m³ | 1000 L |
Gunakan satuan volume yang sama untuk V1 dan V2. Karena hukumnya adalah rasio, satuan volume akan hilang, dan pasangan konsisten apa pun akan berfungsi.
Suhu harus dalam Kelvin (K). Konversikan dari Celsius atau Fahrenheit sebelum menghitung, atau biarkan kalkulator melakukannya untuk Anda.
Tekanan tidak ada dalam rumusnya, tetapi harus tetap konstan. Ini disebut proses isobarik.
Grafik Hukum Charles: Hubungan Langsung
Memplot volume terhadap suhu absolut menghasilkan garis lurus yang melalui titik asal. Inilah yang dimaksud dengan “berbanding lurus”. Kemiringan garis tergantung pada tekanan dan jumlah gas. Tekanan yang lebih rendah menghasilkan garis yang lebih curam, karena kenaikan suhu yang sama menghasilkan peningkatan volume yang lebih besar.
| Perubahan Suhu Kelvin | Perubahan Volume |
|---|---|
| Suhu menjadi dua kali lipat | Volumenya berlipat ganda |
| Suhu separuh | Bagian volume |
| Suhu meningkat sebesar 10% | Volume meningkat sebesar 10% |
| Suhu turun menjadi sepertiga | Volume turun menjadi sepertiga |
Memplot volume terhadap suhu Celcius juga menghasilkan garis lurus, tetapi tidak melalui titik asal. Ia melintasi sumbu suhu pada −273,15 °C, itulah sebabnya Kelvin diperlukan untuk perhitungan rasio.
Contoh Hukum Charles di Dunia Nyata
Balon udara panas
Pembakar memanaskan udara di dalam selubung, yang mengembang dan menjadi kurang padat dibandingkan udara di sekitarnya, sehingga menciptakan gaya angkat.
Balon yang meningkat dalam cuaca dingin
Balon yang tertinggal di dalam freezer menyusut karena udara di dalamnya berkontraksi saat mendingin.
Ban mobil dan bola basket
Udara dingin menurunkan volume atau tekanan udara di dalamnya, sehingga bola terasa lebih lembut di musim dingin.
Memanggang
Gelembung gas dalam adonan mengembang di dalam oven saat dipanaskan, membantu roti mengembang.
Balon cuaca
Perubahan suhu seiring ketinggian mempengaruhi volume balon seiring dengan perubahan tekanan.
Mesin
Gas pembakaran panas mengembang dan mendorong piston.
Kapan Anda Bisa Menggunakan Hukum Charles?
Gunakan hukum Charles jika semua pernyataan berikut ini benar:
Tekanan konstan
Prosesnya bersifat isobarik, seperti gas dalam wadah fleksibel yang terbuka ke atmosfer.
Jumlah gas yang konstan
Tidak ada gas yang ditambahkan, dihilangkan, atau hilang, dan tidak ada yang bereaksi.
Sampel gas
Hukum ini berlaku untuk gas, bukan cairan atau benda padat.
Suhu mutlak
Kedua suhu tersebut dinyatakan dalam Kelvin.
Hukum Charles vs Hukum Gas Lainnya
| Hukum Gas | Rumus | Diadakan Konstan | Hubungan |
|---|---|---|---|
| hukum Charles | V1/T1 = V2/T2 | Tekanan, tahi lalat | Volume dan suhu berhubungan langsung |
| hukum Boyle | P1V1 = P2V2 | Suhu, tahi lalat | Tekanan dan volume mempunyai hubungan berbanding terbalik |
| hukum Gay-Lussac | P1/T1 = P2/T2 | Volume, tahi lalat | Tekanan dan suhu berhubungan langsung |
| hukum Avogadro | V1/n1 = V2/n2 | Tekanan, suhu | Volume dan mol berhubungan langsung |
| hukum gas gabungan | P1V1/T1 = P2V2/T2 | tahi lalat | Ketiganya berubah secara bersamaan |
| hukum gas ideal | PV = nRT | Tidak ada | Tautan P, V, T, dan mol |
Kesalahan Umum Hukum Charles
| Kesalahan | Mengapa Gagal | Perbaiki |
|---|---|---|
| Menggunakan °C atau °F | Hukum gas membutuhkan suhu absolut | Konversikan dengan K = °C + 273.15 |
| Membiarkan tekanan berubah | Hukum Charles memerlukan tekanan yang konstan | Gunakan hukum gas gabungan sebagai gantinya |
| Menukar T1 dan T2 | Menempatkan suhu awal di slot terakhir | Beri label keempat nilai sebelum menyelesaikannya |
| Menukar V1 dan V2 | Membalikkan rasio volume | Pasangkan setiap volume dengan suhunya |
| Unit tidak cocok dengan volume | mL dan L dalam persamaan yang sama mematahkan perbandingannya | Konversikan ke satuan terlebih dahulu |
| Memperlakukan hubungan sebagai kebalikannya | Volume dan suhu bergerak dalam arah yang sama | Ingat: lebih panas berarti lebih besar |
| Mengubah jumlah gas | Tahi lalat harus tetap konstan | Gunakan hukum gas ideal |
| Pembulatan terlalu dini | Kesalahan kecil tumbuh melalui perhitungan | Simpan angka ekstra dan bulatkan di bagian akhir |
FAQ Hukum Charles
Jawaban atas pertanyaan umum tentang hukum gas, penurunan rumus, dan konversi satuan.
Apa hukum Charles?
Hukum Charles menyatakan bahwa volume sejumlah gas tertentu berbanding lurus dengan suhu absolutnya pada tekanan konstan. Rumusnya adalah V1/T1 = V2/T2.
Apa rumus hukum Charles?
Rumusnya adalah V1/T1 = V2/T2, dimana V1 dan T1 adalah volume dan suhu awal, serta V2 dan T2 adalah volume dan suhu akhir dalam Kelvin.
Bagaimana cara menggunakan kalkulator hukum Charles?
Masukkan tiga dari empat nilai (V1, T1, V2, T2), pilih satuan Anda, biarkan kosong yang tidak diketahui, dan klik Hitung. Alat ini mengubah suhu menjadi Kelvin dan mengembalikan nilai yang hilang dalam beberapa langkah.
Mengapa suhu harus dalam satuan Kelvin untuk memenuhi hukum Charles?
Kelvin adalah skala mutlak yang dimulai dari nol mutlak. Volume gas sebanding dengan suhu absolut, sehingga Celcius dan Fahrenheit memberikan hasil yang salah.
Apa yang dimaksud dengan berbanding lurus dalam hukum Charles?
Artinya jika suatu besaran bertambah, maka besaran lain bertambah dengan faktor yang sama. Menggandakan suhu Kelvin akan menggandakan volumenya.
Siapa yang menemukan hukum Charles?
Jacques Charles menemukan hubungan tersebut pada tahun 1780-an tetapi tidak mempublikasikannya. Joseph Louis Gay-Lussac menerbitkannya pada tahun 1802 dan memberi penghargaan pada Charles.
Apa itu proses isobarik?
Proses isobarik adalah proses dimana tekanan tetap konstan. Hukum Charles menjelaskan perilaku gas selama perubahan isobarik.
Satuan apa yang dapat saya gunakan untuk hukum Charles?
Setiap satuan volume berfungsi jika cocok antara keadaan awal dan akhir. Pilihan umum adalah liter dan mililiter. Suhu harus dalam Kelvin, meskipun kalkulator menerima Celsius dan Fahrenheit dan mengonversinya.
Apa yang dimaksud dengan nol mutlak dan mengapa hal itu penting di sini?
Nol mutlak adalah 0 K (−273,15 °C), suhu serendah mungkin. Memperluas garis hukum Charles ke volume nol menunjukkan nilai ini, itulah sebabnya skala Kelvin digunakan untuk hukum gas.
Apakah hukum Charles akurat untuk gas nyata?
Ini akurat untuk gas nyata pada tekanan rendah hingga sedang dan suhu jauh di atas titik didihnya. Menjelang kondensasi, gas nyata menyimpang dari perilaku ideal.
Bagaimana hubungan hukum Charles dengan hukum gas gabungan?
Hukum Charles adalah kasus khusus dari hukum gabungan gas dimana tekanannya konstan. Pengaturan P1 = P2 di P1V1/T1 = P2V2/T2 menghasilkan V1/T1 = V2/T2.
Mengapa balon menyusut dalam cuaca dingin?
Pendinginan menurunkan energi kinetik rata-rata partikel gas, sehingga tekanan pada dinding balon berkurang. Balon berkontraksi hingga tekanan internal kembali sama dengan tekanan luar.