샤를의 법칙이란?

 

오늘은 보일의 법칙과 함께 기초 기체 법칙 중 하나로 자주 언급되는
샤를의 법칙(Charles’s Law)에 대해 정리해보겠습니다.

 

이 법칙은 기체의 부피와 온도 사이의 관계를 설명하며,
공조설비, 압력용기, 냉동기 설계 등에서 기체의 팽창이나 수축을 이해할 때 꼭 필요한 개념입니다.

 

 

 

 

샤를의 법칙이란?

 

샤를의 법칙은 이렇게 정의됩니다.
“압력이 일정할 경우, 기체의 부피(V)는 절대온도(T)에 비례한다.”

 

즉, 온도가 오르면 부피도 늘어나고
온도가 내려가면 부피도 줄어든다는 뜻입니다.

 

수식으로 표현하면 다음과 같습니다.

V / T = 일정 (상수)

 

여기서 T는 절대온도(K, 켈빈)입니다.
섭씨(℃)를 사용하려면 반드시 273.15를 더해 절대온도로 변환해야 합니다.

 

 

 

샤를의 법칙을 쉽게 이해할 수 있도록 비유해보자면

풍선을 냉동실에 넣으면 수축되고, 따뜻한 곳에 놓으면 부풀어 오릅니다.

이 현상이 바로 샤를의 법칙입니다.

 

온도가 높아질수록 분자 운동이 활발해져 부피가 팽창하고,
온도가 낮아지면 분자 운동이 줄어들어 부피가 줄어드는 원리입니다.

 

 

 

 

 

 

샤를의 법칙 적용 조건

 

샤를의 법칙이 유효하려면 다음과 같은 조건이 필요합니다.

• 압력이 일정(등압 과정)
• 이상기체로 가정
• 기체의 질량은 변하지 않을 것

*온도는 반드시 절대온도(K)로 환산해야 함

 

 

 

샤를의 법칙 활용분야

샤를의 법칙이 공조·냉동·기계설비 분야에서 활용되는 방식은 다음과 같습니다.

• 냉매 팽창 해석 : 냉매가 팽창하면서 온도 변화에 따라 부피가 커지는 과정
• 공기조화기 내부 기류 변화 : 온도 상승에 따른 풍량 증가 예측
• 기체 보관탱크 : 외기온 변화에 따른 내부 압력 예측에 활용
• 압력용기 설계 시 : 온도 변동이 부피 변화에 미치는 영향 고려

 

 

 

 

마무리

정리해보자면 샤를의 법칙은
기체의 압력이 일정한 상태에서, 온도가 오르면 부피도 증가하고
온도가 떨어지면 부피도 줄어든다는 물리적 원리입니다.

 

보일의 법칙이 P-V 관계를 다뤘다면,
샤를의 법칙은 V-T 관계, 즉 온도 변화가 공간에 미치는 영향을 설명하는 법칙이며,
기체를 다루는 거의 모든 시스템 설계의 기초가 되는 개념입니다.

 

 

 

 

 

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