Залежність проста: "Тиск газу фіксованою маси і фіксованого обсягу прямо пропорційно абсолютній температурі газу."
У закритому балоні маса газу фіксована, як і його обсяг. Тому: у скільки разів підніметься абсолютна температура балона, то в стільки ж разів підніметься і тиск газу всередині цього балона.
Під абсолютною температурою розуміють температуру, виражену в градусах Кельвіна. Для того, щоб від градусів Цельсія перейти до градусам Кельвіна, необхідно просто додати 273 до значення температури.
Наприклад, температура в 0 град. Цельсія, дорівнює 273 град. Кельвіна. А температура в +20 за Цельсієм, дорівнює 293. Кельвіна.
Припустимо, що у нас є повністю заправлений балон (P1 = 150 атм.), Який зберігається при кімнатній температурі в +20 град. Цельсія. (Т1 = 293 K). Як зміниться тиск газу в балоні (P2), якщо температура почне змінюватися (T2).
Закон говорить: P1 * T2 = P2 * T1
Що в нашому випадку означає: P2 = P1 * (Т2 / Т1) = 150 * (Т2 / 293)
Рішення зведемо в табличку:
Ось приклад:
Припустимо, що ми перемістимо балон (150 атм. При +20 град Цельсія) в не опалювальний гараж, де взимку є температура в -15 град. Цельсія. Тоді манометр, приєднаний до балона покаже тиск всього 132 атм.
Як то не приємно, так? Може здатися, що кудись пропали 18 атм. тиску. І що куль, виявляється (!), Можна надути вже менше. І виникає відчуття, що нас хтось обдурив.
Або інший приклад:
Балон, який зберігався в багажнику автомобіля на відкритій стоянці, взимку (-20 град. Цельсія, 130 атм.), Занесли в приміщення. Балон нагрівся через пару годин, і, манометр, приєднаний до теплого балону, покаже нам, що тиск газу зросла аж на 20 атм. І здається, що куль можна надути вже більше. Але відчуття, що нас обдурили не проходить, а навпаки, тільки посилюється.
Насправді, нас ніхто не обманює і кількість гелію зовсім не змінюється, тому що балон ніхто не відкривав. Просто спосіб вимірювання кількості гелію в балоні, за показаннями манометра, можна застосовувати лише за умови сталості температури. А якщо температура змінюється, то змінюється і тиск газу в балоні.
Кількість гелію точно визначається лише числом атомів гелію. Але точно знати кількість гелію в балоні нам абсолютно не потрібно. Нам потрібно знати скільки куль ми зможемо надути з балона, чи не так?
Розглянемо це на прикладах.
Ситуація №1 (оборотна)
Кулі надуваються при кімнатній температурі і виносяться на мороз. Температура падає, тиск газу всередині куль зменшується: латексні кулі стають менш пружні. А фольговані кулі зіщулюються. Коли кулі потрапляють знову в тепло, вони відновлюють свою пружність і форму.
Ситуація №2 (не оборотні)
Кулі надуваються влітку, вранці рано (виїзна торгівля). Після обіду починає смажити сонце, і температура повітря піднімається, і тиск гелію всередині куль зростає. Латексні кулі стають передутимі і лопаються від будь-якого впливу, а фольговані або розпускають свій шов, або тупо лопаються.
Ситуація №3 (не оборотні)
Кулі надуваються взимку на вулиці (виїзна торгівля). Люди купують кулі і йдуть з ними по домівках. У теплі, тиск гелію всередині куль зростає істотно, і всі кулі швидко лопаються
1) Так як же прогнозувати кількість куль, яке можливо надути з балона, який може знаходитися при різних температурах?
2) Як надувати кульки, які будуть використовуватися при іншій температурі?
3) Як зрозуміти, скільки газу в повністю заправленому балоні?
1) Найпростіше надувати кульки при тій же температурі навколишнього повітря, при якій кулі і будуть використовуватися.
Якщо кулі надуваються для приміщення, то і надувати їх треба з теплого балона. Якщо кулі надуваються для холодної вулиці, то і надувати їх треба з холодного балона.
Якщо це неможливо зробити, то треба керуватися законом Шарля і кожен раз перераховувати тиск під температуру використання балона. Або мати запас газу, який хоч і кишеню тягне, зате дозволяє себе почувати впевнено.
2) Якщо надуваємо кулі в теплі для холодного використання, то їх треба передувать. І навпаки: якщо надувати кульки на холоді для теплого використання, то їх треба недодувать. Але найкраще цього уникати всіма можливими способами, бо ніколи не вгадаєш.)
3) Єдиний спосіб - це використовувати перевіреного постачальника газу. Якщо приїхати в офіс солідної фірми, де можна отримати паспорт якості на гелій, то можна і не мучити манометр, тому що і так буде все в порядку. А якщо приїхати до якогось гаражу, і не знайомий дядько поміняє ваш балон на нібито повний, по дуже не дорогою ціною, то я навіть не і не знаю, що тут можна порадити. Якщо це буде влітку, то манометр може показати щось, а якщо взимку.
P.S. До речі, саме пан Шарль, відомий як винахідник наповнюється воднем повітряної кулі, що отримав по імені винахідника назву шарльєр, на противагу монгольф'єрів. Сам Шарль і піднявся в небо над Парижем на повітряній кулі, наповнених воднем аж в 1783 році.