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| 보일 법칙 ([math(P \propto {V^{-1}})]) | 샤를 법칙 ([math(V \propto T)]) | 기체 반응 법칙 ([math(V_1:V_2= n_1:n_2)]) | 아보가드로 법칙 ([math(V \propto n)]) | 이상 기체 법칙 ([math(PV=nRT)]) |
| * 기체 반응 법칙은 게이뤼삭 법칙의 다른 이름이다. 다만 이는 샤를의 법칙의 다른 이름이기도 하다. | ||||
1. 개요
Loi de Charles / Charles 法則이상 기체의 성질에 관한 법칙. '일정한 압력에서 기체의 부피는 온도에 비례한다' 라는 법칙이다.
1802년에 조제프 루이 게이뤼삭이 처음으로 발표하였는데, 그는 1787년경의 자크 알렉상드르 세사르 샤를(Jacques Alexandre César Charles)의 미발표한 논문을 인용하면서 이 법칙을 샤를의 공으로 돌렸다. 그래서 독일에서는 이것도 게이뤼삭의 법칙이라고 하기도 한다(같은 이름의 규칙이 더 있다).
2. 설명
간단하게 아래의 식으로 표현된다.
| [math(\displaystyle V \propto T)] |
여기에서 온도 T는 섭씨 온도(℃)가 아니라 절대온도(켈빈 온도)(K)이다.
보일의 법칙, 샤를의 법칙, 기체 반응의 법칙, 아보가드로의 법칙을 전부 한데 묶어 일반화한 것이 자연과학도라면 다들 알고 있을 이상 기체 법칙.
샤를의 법칙에 의해 실용적인 온도의 정의가 만들어졌다. 예를 들어 섭씨 0도를 1기압에서의 물의 어는점, 섭씨 100도를 1기압에서의 물의 끓는 점으로 정한다고 할 때, 온도에 따른 기체의 부피 상승률이 일정하다는 샤를의 법칙을 이용하면 그 사이의 온도를 정량적으로 나타낼 수 있다. 즉, 샤를의 법칙이 온도에 따라 정의된 것이 아니라, 온도가 샤를의 법칙에 따라 정의된 것이다.
샤를의 법칙을 이용하면 절대온도의 존재를 유추해낼 수 있다.
1702년 기욤 아몽통은 공기에 열을 가하면서 압력을 측정하는 실험을 했고 부피가 일정할 때 온도와 압력이 비례한다는 사실을 알아낸다. 이러한 아몽통의 발견을 통해 온도를 정의할 수 있게 되었고 아몽통의 온도계는 이후 샤를의 발견이 이루어지는 기반이 되었다.
1783년 몽골피에 형제가 최초로 열을 이용한 기구를 하늘에 띄우는데 성공했지만, 오래전부터 수소 가스를 생산에 기구를 만들려는 연구를 해오던 자크 알렉상드르 세사르 샤를은 몽골피에 형제가 유인 기구를 띄운지 열흘 뒤에 40만명이 보는 앞에서 유인 수소 기구 시연에 성공하며 인간이 하늘을 나는 꿈을 한층 발전시켰다. 1787년경 샤를은 수소, 산소, 질소, 이산화 탄소, 공기를 넣은 기구들에 열을 가하면 같은 온도에서 같은 비율로 크기가 증가한다는 사실을 발견한다.
3. 관련 현상
- 열기구가 실생활의 대표 예시이다.
- 독수리가 높이 날아오르게 하는 상승 기류가 지표면을 가열하여 공기가 팽창하고, 밀도가 낮아져 발생한다.
- 찌그러진 탁구공을 뜨거운 물에 넣으면 탁구공이 펴진다.
4. 여담
- 전통적으로 중학교 1학년 과학 시간에 배운다. 2015 개정 교육과정부터는 '보일'이나 '샤를' 같은 이름이 혼동을 부추긴다는 사유로 학자의 이름을 생략한데다가 비례·반비례 개념도 엮지 않으면서 서술해야 하는 문제 때문에, 그냥 '일정한 기체 입자 수가 담긴 용기 내의 압력이 일정할 때 온도가 높아질수록 부피가 커진다'고 배운다. 2023년의 기준으로는 교과서에 보일의 법칙 샤를의 법칙이라고 나와 있고, 2024년도 여전히 그렇게 가르치고 있다. 비례 반비례도 가르친다.[1]
- 가스기능사 이상의 자격증을 공부할 때, 이상기체의 법칙의 보일의 법칙과 같이 배운다.
[1] 교과서에 따라 다를 수 있다