W rozpatrywanym układzie gaz doskonały znajduje się w cylindrze z ruchomym tłokiem. Taki tłok może się przemieszczać, więc gaz ma możliwość zwiększania (lub zmniejszania) objętości. W typowym ujęciu szkolnym oznacza to, że ciśnienie gazu jest w przybliżeniu stałe, bo tłok "ustawia się" tak, aby ciśnienie wewnątrz równoważyło ciśnienie zewnętrzne (oraz ciężar tłoka).
Dla stałej ilości gazu doskonałego obowiązuje równanie stanu:
pV = nRT
Jeżeli p (ciśnienie) i n (liczba moli) są stałe, to z równania wynika proporcjonalność:
V / T = const
Jest to treść prawa Charlesa dla przemiany izobarycznej: objętość jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej.
- Jeśli temperatura wzrośnie dwa razy (czyli T₂ = 2T₁), to aby zachować stałość ilorazu V/T, objętość też musi wzrosnąć dwa razy: V₂ = 2V₁.
- Kluczowe jest, że temperatura w tych zależnościach musi być liczona w kelwinach, bo tylko wtedy "dwa razy większa temperatura" ma sens jako dwukrotność wartości.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne?
- Odpowiedzi sugerujące, że objętość zmaleje, przeczą zależności V ∝ T przy stałym ciśnieniu: wzrost temperatury powoduje rozszerzanie się gazu, gdy może on zmieniać objętość.
- Odpowiedź o czterokrotnym wzroście to typowy błąd skojarzenia z zależnościami kwadratowymi. W przemianie izobarycznej zależność jest liniowa, więc podwojenie temperatury daje podwojenie objętości, nie czterokrotność.
Wskazówka egzaminacyjna: gdy w treści pojawia się cylinder z ruchomym tłokiem, najczęściej testowana jest przemiana izobaryczna (p stałe). Gdy jest sztywny zbiornik – izochoryczna (V stałe). To pomaga szybko dobrać właściwą zależność.
