قانون شارل

يناقش قانون شارل العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته عند ثبوت الضغط. يعد القانون من أهم قوانين الغازات و التي تتضمن أيضا قانون بويل و قانون جاي لوساك و قانون دالتون و قانون أفوجادرو.

تجربة بسيطة

أناء يحتوي على ماء مثلج و بالونة مطاطية ممتلئة بغاز. و عند غمس البالونة في الماء البارد ينكمش البالون. أي كلما تقل درجة الحرارة يقل الحجم أي أن التناسب بين درجة الحرارة والحجم تناسب طردي. 

العلاقة البيانية

 بإستخدام نتائج تجربة شارل و هي عدة قياسات لحجم الغاز عند درجات حرارة مختلفة. و عند الرسم وجد أن العلاقة بين حجم كتلة معينة من غاز مثالي ودرجة حرارة الغاز بالـ سليزيوس عند ثبوت الضغط كما هو موضح. العلاقة تشير إلى تناسب طردي أي يقل الحجم مع درجة الحرارة.

 و المهم هو أنه عند مَد الخط المستقيم حتي يقطع المحور الأفقي ليصل لحالة انعدام حجم (V=0) عندما تكون درجة الحرارة 273.15- سليزيوس. و هي الدرجة التي ينعدم عندها حجم الغاز المثالى نظرياً.

و من ثم تم اقتراح مقياس حرارة جديد و هو مقياس الحرارة المطلقة (مقياس كلفن). حيث يبدأ صفر التدريج على مقياس كلفن من 273.15- سليزيوس. لذلك يمكن كتابة العلاقة بين مقياس سليزيوس و كلفن

وعند رسم العلاقة بين درجة الحرارة و لكن على مقياس كلفن T و الحجم V بالطبع سوف تكون علاقة طردية و لكنها هذه المرة سوف يبدأ الخط المستقيم من نقطة الأصل و تعني أنه عندما تكون درجة الحرارة الكلفينية صفر فإن الحجم ينعدم.

نص قانون شارل

عند ثبوت الضغط فإن حجم V كتلة معينة من غاز مثالي تتناسب تناسبا طرديا مع درجة الحرارة الكلفنية T (درجة الحرارة على مقياس كلفن). و تكون الصيغة الرياضية للقانون :

و يتميز القانون بـ

• درجة الحرارة المقصودة في القانون هي درجة الحرارة بالكلفن.
• و يمكن كتابة القانون كعلاقة بين درجة الحرارة و كثافة كمية معينة من الغاز . وبالتالي تكون العلاقة بين الكثافة و درجة الحرارة المطلقة هي عكسية.
• القانون يخص الغازات المثالية أو الغازات الحقيقية في الظروف المثالية.

مثال: فإذا كانت حجم كمية معينة من الغاز عند درجة ضغط ثابتة  V₁ و درجة حرارة مقدارها T₁.  تم تسخين الغاز إلى درجة حرارة كلفينية ضعف ما كانت عليه T₂= 2T₁ يحدث زيادة للحجم حينها و يصبح ضعف الحجم السابق  V₂=2V₁.

العالم شارل

 جاك شارل عالم ومخترع فرنسي هو الذي صاغ العلاقة بين حجم كمية معينة من الغاز و درجة حرارته عند ثبوت الضغط. وسمي القانون على اسمه. و أمكن الوصول إليه و التحقق منه عمليا من خلال تجربته

تطبيقات قانون شارل

• طيران المنطاد الممتلئ بالهواء الساخن لأعلى عند تسخين الهواء. حيث ترتفع درجة حرارته و بالتالي زيادة حجم الغاز (قانون شارل) و انخفاض كثافته فيرتفع لأعلى.
• عند ترك بلونه في مكان بارد نجد أن حجمها يقل.