샤를의 법칙: 두 판 사이의 차이

이 법칙의 이름은 1780년대에 [[자크 샤를]]의 미발표 연구서에서 처음 발견되어 그의 이름을 따서 지어졌다.

이후 1801년 [[존 돌턴]]은 10월 2일과 30일 사이에 연달아 발표한 두 개의 논문에서 기체가 두 개의 고정된 온도 사이에서 같은 양에 의해 팽창 된다라는 것을 실험으로 입증하였다.<ref>J. Dalton (1802), [https://books.google.com/books?id=3qdJAAAAYAAJ&pg=PA595#v=onepage&q&f=false "Essay II. On the force of steam or vapour from water and various other liquids, both in vacuum and in air" and Essay IV. "On the expansion of elastic fluids by heat," ] ''Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester'', vol. 8, pt. 2, pp. 550–74, 595–602.</ref> 프랑스의 자연철학자 [[조제프 루이 게이뤼삭]]은 1802년 1월 31일 프랑스 국가 기관에서 같은 내용의 연구 결과를 발표하였는데 그 공을 자크 샤를이 1780년대에 저술한 미발표 연구서에 돌렸다.<ref name="GL02">{{citation인용|author=Gay-Lussac, J. L.|authorlink=Joseph Louis Gay-Lussac|year=1802|title=Recherches sur la dilatation des gaz et des vapeurs|trans-title=Researches on the expansion of gases and vapors|journal=Annales de Chimie|volume=43|pages=137–75|url=https://books.google.com/books?id=Z6ctSn3TIeYC&pg=PA137}}. [http://web.lemoyne.edu/~giunta/gaygas.html English translation (extract).]

* Review of Amontons' findings: [https://books.google.com/books?id=P_Wgj2sMY-4C&pg=PA1#v=onepage&q&f=false "Sur une nouvelle proprieté de l'air, et une nouvelle construction de Thermométre"] (On a new property of the air and a new construction of thermometer), ''Histoire de l'Academie royale des sciences'', 1–8 (submitted: 1702 ; published: 1743).</ref> [[프랜시스 헉스비]]에<ref name="Hauksbee">* Englishman [[Francis Hauksbee]] (1660–1713) independently also discovered Charles's law: Francis Hauksbee (1708) [http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/26/313-324/93.full.pdf+html "An account of an experiment touching the different densities of air, from the greatest natural heat to the greatest natural cold in this climate,"] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20151214093602/http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/26/313-324/93.full.pdf+html#|date=2015-12-14}} ''Philosophical Transactions of the Royal Society of London'' '''26'''(315): 93–96.</ref> 의해 이미 1세기 전에 설명되었다.

… it leads us, consequently, to conclude that all gases and all vapors expand equally [when subjected to] the same degrees of heat.</ref> 그러나 서로 다른 온도를 가진 두 수증기로만 실험한 게이뤼삭은 이 관계가 [[일차 함수]]라는 것은 알아내지 못했다. 돌턴과 게이뤼삭의 결론은 수학적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이 때 {{Mvar|V{{sub|100}}}}은 주어진 기체가 섭씨 100도에서 차지하는 차지되는 부피를, {{Mvar|V{{sub|0}}}}은 같은 샘플이 섭씨 0도에서 차지하는 부피이다. 그리고 {{Mvar|k}}는 일정한 압력에서 모든 기체가 같은 값을 가지는 상수이다. 딱 보면 알겠지만 이 방정식에는 온도에 대한 변수가 없어서 현재 알려져 있는 샤를의 법칙과는 다른 모습이다. {{Mvar|k}}에 대한 게이뤼삭과 돌턴이 계산한 값({{분수|1|2.6666}})은 현재 이론적으로 입증된 값({{분수|1|2.7315}})와 현저하게 가까운 수치이다. 게이뤼삭은 이 공로를 1787년에 자크 샤를이 작성한 미발표 연구서에 돌렸다. 그러나 이를 입증할 만한 객관적 기록의 부재로, 당시에는 샤를의 이름을 따 이 법칙을 명명하는데 어려움이 있었다.

게이뤼삭의 두 온도의 증기에 대해서만 연구한데 비해 돌턴은 두 개를 더 추가해 총 네 온도를 대상으로 같은 법칙을 얻어냈다. 그러나 당대에는 수은 온도계의 부정확성에 대해 알려지지 않았어서 돌턴은 증기에 대해서는"탄력성이 있는 유체는 화씨 180도까지는 1370에서 1380개의 부분들로 동일한 규칙을 따르며 팽창한다"고 주장할 수 있었지만 기타 기체에 대해서는 그러지 못했다.

그러나 [[제1대 켈빈 남작 윌리엄 톰슨|윌리엄 톰슨]]은 1848년에 이를 두고 실제로 공기의 부피가 0이 될 수 있을지도 모른다고 생각했다.<ref name="Kelvin48">{{citation인용|author=Thomson, William|authorlink=William Thomson, 1st Baron Kelvin|year=1848|title=On an Absolute Thermometric Scale founded on Carnot's Theory of the Motive Power of Heat, and calculated from Regnault's Observations|url=http://zapatopi.net/kelvin/papers/on_an_absolute_thermometric_scale.html|journal=Philosophical Magazine|pages=100–06}}.</ref> 그러나 이 때 섭씨 -273.15도가 절대영도라고 주장하기 위해 샤를의 법칙은 단지 직관을 제공하는 용도로만 사용했고, 1852년에 [[열역학 제2법칙]]을 통해 절대 영도에 대한 더 구체적인 설명을 덧붙인다.<ref>{{citation인용|author=Thomson, William|authorlink=William Thomson, 1st Baron Kelvin|year=1852|title=On the Dynamical Theory of Heat, with numerical results deduced from Mr Joule's equivalent of a Thermal Unit, and M. Regnault's Observations on Steam|journal=Philosophical Magazine|volume=4}}. [http://web.lemoyne.edu/~giunta/KELVIN1.html Extract.]</ref> 실제로 톰슨은 샤를의 법칙에서 제공하는 온도는 공기의 부피가 0이 되는 지점보다는 도달가능한 온도의 하한을 제공한다고 해석했다. 샤를의 법칙과 열역학 제2법칙이 동치임은 [[루트비히 볼츠만]]이 1870년에 [[엔트로피]]를 [[통계역학]]적으로 해석함으로써 증명한다.