최종 업데이트: 2026-07-01

샤를의 법칙 이해하기

샤를의 법칙은 압력이 일정하게 유지될 때, 일정량의 기체가 가열되면 팽창하고 냉각되면 수축하는 과정을 설명합니다. 이상 기체 법칙으로 이어지는 단순한 기체 법칙 중 하나로, 따뜻한 공기가 같은 공기를 식혔을 때보다 더 많은 공간을 차지한다는 익숙한 현상을 담고 있습니다.

샤를의 법칙 식

$$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$$

기호	물리량	단위(이 계산기)
V₁, V₂	부피(상태 1, 2)	L
T₁, T₂	절대 온도	K

압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대 온도에 정비례합니다. 식을 정리하면 네 물리량 중 어느 것이든 구할 수 있습니다.

$$V_2 = V_1 \cdot \frac{T_2}{T_1}, \qquad T_2 = T_1 \cdot \frac{V_2}{V_1}$$

항상 절대 온도를 사용한다

이 법칙은 정비례 관계이므로, 참된 영점에서 시작하는 온도 척도에서만 성립합니다. 섭씨와 화씨는 영점을 임의의 위치에 두기 때문에 그 비는 물리적 의미가 없습니다. 기체를 10 ℃에서 20 ℃로 데워도 섭씨 값은 두 배가 되지만 부피는 두 배가 되지 않습니다.

켈빈 척도는 절대 영도(−273.15 ℃)에서 시작하므로 켈빈이 두 배가 되면 부피도 실제로 두 배가 됩니다. 법칙을 적용하기 전에 모든 온도를 켈빈으로 변환하십시오. $T(\text{K}) = T(^{\circ}\text{C}) + 273.15$ 입니다. 이 계산기는 섭씨나 화씨를 입력받아 비를 계산하기 전에 켈빈으로 변환합니다.

계산 예시

어떤 풍선이 27 ℃에서 2.0 L의 공기를 담고 있습니다. 추운 날 밖으로 가지고 나가 −23 ℃까지 식었습니다. 같은 압력에서 새 부피는 얼마입니까?

먼저 두 온도를 켈빈으로 변환합니다. 27 ℃ = 300.15 K, −23 ℃ = 250.15 K 입니다. 그다음 법칙을 적용합니다.

$$\begin{aligned} V_2 &= V_1 \cdot \frac{T_2}{T_1} \\ &= 2.0 \times \frac{250.15}{300.15} \\ &= 1.67\ \text{L} \end{aligned}$$

풍선은 약 1.67 L로 줄어듭니다. 비 250.15/300.15 는 약 0.83 이므로 부피는 약 17 % 감소하며, 이는 절대 온도의 감소 비율과 같습니다.

샤를의 법칙이 나타나는 곳

• 추운 차 안에 둔 풍선은 바람이 빠진 듯 보이다가 실내에서 따뜻해지면 다시 부풉니다.
• 빵과 케이크가 부풀어 오르는 것도 갇힌 기체가 오븐 열로 팽창하기 때문입니다.
• 열기구가 떠오르는 것은 내부 공기를 데워 팽창시켜 주변 공기에 비해 밀도를 낮추기 때문입니다.

모두 거의 일정한 압력에서 일어나므로 샤를의 법칙으로 설명할 수 있습니다.

샤를의 법칙과 다른 기체 법칙

샤를의 법칙은 결합 기체 법칙 $P_1 V_1 / T_1 = P_2 V_2 / T_2$ 에서 압력이 일정한 특수한 경우입니다. $P_1 = P_2$ 로 두면 압력 항이 사라지고 $V_1/T_1 = V_2/T_2$ 만 남습니다. 보일의 법칙은 온도가 일정한 경우, 게이뤼삭의 법칙은 부피가 일정한 경우입니다. 압력도 변하는 문제에서는 결합 기체 법칙 를, 몰수 같은 절대량이 필요할 때는 이상 기체 상태 방정식 를 사용하십시오.

자주 묻는 질문 (FAQ)

샤를의 법칙이란 무엇입니까?

샤를의 법칙은 압력이 일정할 때 일정량의 기체 부피가 절대 온도에 정비례한다는 법칙으로 V₁/T₁ = V₂/T₂ 로 나타냅니다. 가열하면 같은 비율로 팽창하고 냉각하면 수축합니다. 네 값 중 세 값을 알면 나머지 하나가 바로 구해집니다.

온도는 왜 켈빈이어야 합니까?

이 법칙은 정비례 관계이며, 비례는 참된 영점에서 시작하는 척도에서만 성립합니다. 섭씨와 화씨는 영점을 임의의 위치에 두므로 그 비는 의미가 없습니다. 10 ℃에서 20 ℃로 올려도 부피가 두 배가 되지 않습니다. 켈빈 척도는 절대 영도(−273.15 ℃)에서 시작하므로 켈빈이 두 배가 되면 부피도 실제로 두 배가 됩니다. 이 계산기는 섭씨나 화씨를 입력받아 비를 적용하기 전에 켈빈으로 변환합니다.

샤를의 법칙은 일상에서 어디에 나타납니까?

추운 차 안에 둔 풍선은 쪼그라들어 바람이 빠진 듯 보이다가 실내에서 따뜻해지면 다시 부풉니다. 빵과 케이크가 부풀어 오르는 것도 갇힌 기체가 오븐 열로 팽창하기 때문입니다. 열기구가 뜨는 것은 내부 공기를 데워 팽창시켜 밀도를 낮추기 때문입니다. 모두 거의 일정한 압력에서 일어납니다.

보일의 법칙, 결합 기체 법칙과 어떤 관계가 있습니까?

샤를의 법칙은 압력을 일정하게 유지하며 부피와 온도를 연결합니다. 보일의 법칙은 온도를 일정하게 유지하며 압력과 부피를 연결합니다(P₁V₁ = P₂V₂). 게이뤼삭의 법칙은 부피를 일정하게 유지합니다. 결합 기체 법칙 P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ 는 이 셋을 모두 포함하며, P₁ = P₂ 로 두면 정확히 샤를의 법칙이 됩니다.