Calculateur de la loi de Charles

Le calculateur de la loi de Charles est un outil simple qui décrit les paramètres de base d'un gaz parfait dans un processus isobare. Dans le texte suivant, vous trouverez les réponses aux questions suivantes :

1. Qu'est-ce que la loi de Charles ?
2. Quelle est la formule de la loi de Charles ?
3. Comment résoudre des problèmes thermodynamiques avec la loi de Charles ?

Si vous souhaitez calculer les résultats pour un processus isochore, consultez notre calculateur de la loi de Gay-Lussac 🇺🇸.

La loi de Charles décrit la relation entre le volume d'un gaz et sa température lorsque la pression et la masse du gaz sont constantes. Elle stipule que le volume est proportionnel à la température absolue.

Il existe d'autres façons de définir la loi de Charles, dont celle-ci : le rapport entre le volume et la température d'un gaz dans un système fermé est constant tant que la pression reste inchangée.

La loi de Charles décrit le comportement d'un gaz parfait au cours d'un processus isobare, c'est-à-dire que la pression reste constante pendant la transformation. Retrouvez la définition et la formule d'un gaz parfait dans notre calculateur de la loi des gaz parfaits.

D'après la définition de la loi de Charles, nous pouvons écrire son équation de la manière suivante :

V₁ / T₁ = V₂ / T₂

où :

V₁ – le volume initial
T₁ – la température initiale
V₂ – le volume final
T₂ – la température finale

Comment fonctionne ce calculateur de la loi de Charles ? Vous devez entrer trois des paramètres et le quatrième est automatiquement calculé pour vous. Supposons que nous voulions trouver le volume final, la formule de la loi de Charles donne alors :

V₂ = V₁ / T₁ × T₂

Si vous préférez fixer le volume final et estimer la température résultante, l'équation de la loi de Charles devient :

T₂ = T₁ / V₁ × V₂

Remarque : le nombre de moles d'atomes ou de molécules dans un récipient est égal au rapport entre la pression, le volume et la température.

Nous pouvons utiliser le calculateur de la loi de Charles pour résoudre certains problèmes thermodynamiques. Voyons comment cela fonctionne :

1. Imaginons que nous ayons un ballon rempli d'air. Son volume initial est égal à 2 L, et il se trouve sur une plage où la température est de 35 °C. Nous le déplaçons ensuite dans une pièce climatisée dont la température est de 15 °C. Comment le volume du ballon a-t-il changé ?

   • Tout d'abord, la formule de la loi de Charles nécessite les valeurs absolues des températures, nous devons donc les convertir en kelvin :

     T₁ = 35 °C = 308,15 K
     T₂ = 15 °C = 288,15 K

   • Nous pouvons ensuite appliquer l'équation de la loi de Charles pour évaluer le volume final :

     V₂ = V₁ / T₁ × T₂
     = 2 L / 308,15 K × 288,15 K
     = 1,870 2 L

   Ainsi, lorsque nous avons déplacé le ballon d'un endroit chaud à un endroit froid, son volume a diminué. Le ballon semble alors sous-gonflé, comme s'il avait perdu de l'air. Cependant, il ne s'agit que d'un effet physique. L'air contenu dans le ballon n'a pas réellement disparu. Il s'agit simplement de la loi de Charles en action.

   À noter : l'air n'est pas un gaz parfait, mais réel. Néanmoins, tant que nous évitons les conditions extrêmes (en termes de pression et de température), la loi de Charles est une bonne approximation de la réalité.

2. Prenons un second exemple et chauffons un récipient en silicone, facilement étirable. Il est rempli d'azote, qui est une bonne approximation d'un gaz parfait. Nous pouvons trouver que son volume initial est de 0,85 L à température ambiante, soit 295 K. Ensuite, nous le plaçons près d'une source de chaleur et nous le laissons un moment. Après quelques minutes, son volume est maintenant de 1,76 L. Avec toutes ces données, pouvons-nous estimer la température de notre radiateur ?

   • Appliquons la formule de la loi de Charles et réécrivons-la pour calculer la température finale :

     T₂ = T₁ / V₁ × V₂
     = 295 K / 0,85 L × 1,76 L
     = 610,8 K

   • Nous pouvons écrire le résultat pour différentes unités de température : T₂ = 337,7 °C ou T₂ = 639,8 °F.

   Cet exemple nous montre que nous pouvons utiliser un récipient rempli d'un gaz parfait comme thermomètre. Cette méthode n'est pas très pratique, mais elle est intéressante, car elle nous montre que nous pouvons trouver des applications inhabituelles à des objets de la vie quotidienne.

Il existe en fait plusieurs domaines dans lesquels nous pouvons utiliser la loi de Charles. Voici une liste de quelques-uns des exemples les plus populaires et les plus intrigants.

• Le vol en montgolfière. Vous avez sûrement déjà vu une montgolfière dans le ciel. Elle est composée d'un ballon rempli d'air chaud. Mais comment ce ballon peut-il voler ? La réponse est la loi de Charles. En effet, lorsque l'on chauffe un gaz, son volume augmente. Par conséquent, la même quantité de gaz occupe un espace plus grand. Cela signifie aussi que la masse volumique du gaz diminue. L'air chaud est moins dense que l'air froid. C'est pourquoi une montgolfière remplie d'air chaud a une masse volumique inférieure à celle de l'air ambiant.

  Savoir diriger une montgolfière est une tout autre histoire, mais, désormais, nous pouvons expliquer le concept général du mouvement de haut en bas avec la loi de Charles.

• Expériences avec l'azote liquide. Avez-vous déjà vu une expérience où l'on place un ballon dans de l'azote liquide ? Le ballon se rétrécit comme par magie. Lorsque le ballon est retiré de l'azote liquide, il se dilate à nouveau et retrouve sa taille normale. Encore une fois, cette expérience montre que le volume d'un gaz diminue lorsque sa température diminue.

• Thermomètre. Comme nous l'avons vu dans la section précédente, il est possible de construire un appareil qui mesure la température en se basant sur la loi de Charles. Bien qu'il faille être conscient de ses limites, qui sont essentiellement la résistance à la traction de l'objet et sa résistance aux températures élevées, il est possible d'inventer un dispositif original qui fonctionne parfaitement. Si vous n'êtes pas sûr∙e du résultat, consultez ce calculateur de la loi de Charles pour trouver la réponse.

La loi de Charles, la loi de Boyle et la loi de Gay-Lussac font partie des lois fondamentales qui décrivent la grande majorité des processus thermodynamiques. Nous avons rassemblé toutes les transformations gazeuses de base dans notre calculateur de la loi des gaz parfaits combiné 🇺🇸. Grâce à ce dernier, vous pouvez évaluer non seulement la température, la pression ou le volume, mais aussi le changement d'énergie interne et le travail effectué par le gaz.