نص قانون شارل

قانون تشارلز هو أحد قوانين الغازات المثالية، صاغه العالم الفرنسي جاك تشارلز في عام 1780م، يصف تفصيليًا كيفية تمدد الغازات عند زيادة درجة حرارتها أو عند تسخينها، وكيفية تقلصها عند انخفاض درجة الحرارة، وينص القانون على أن حجم الغاز المثالي يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة عند ضغط ثابت، وبكلمات أخرى ينص القانون على أن درجة حرارة الغاز المطلقة وحجمه سيكونان متناسبين بشكل مباشر عندما يكون الضغط المبذول عليه ثابتًا، ويتم التعبير عنه رياضيًا كالآتي:[١][٢][٣]


V ∝ T


حيث إن:

  • V: حجم الغاز المثالي بوحدة اللتر.
  • T: درجة حرارة الغاز المطلقة بوحدة الكلفن.


ويمكن تحويله إلى معادلة رياضية كالتالي:

V₁/T₁ = V₂/T₂


حيث:

  • V₁: حجم الغاز المثالي الأول بوحدة اللتر.
  • T₁: درجة حرارة الغاز المثالي الأول بوحدة اللتر.
  • V₂: حجم الغاز المثالي الثاني بوحدة الكلفن.
  • T₂: درجة حرارة الغاز المثالي الثاني بوحدة الكلفن.


تطبيقات على قانون شارل

فيما يلي عدة تطبيقات عملية على قانون شارل:[١]

  • في الشتاء، عند انخفاض درجات الحرارة، جرب أن تلعب بكرة قدم أو كرة سلة في الخارج، سترى أن الكرة بعد فترة قصيرة قد انكمشت وقل حجمها، لأن الغاز المستخدم لنفخ الكرة قد تقلص بفعل درجات الحرارة المنخفضة، تطبيقًا لقانون شارل، ولذلك دائمًا ما يتم نُصح السائقين بفحص إطارات السيارة والتأكد من سلامتها قبل الخروج في أيام الشتاء الباردة.
  • في الصيف، وعند برك السباحة بالتحديد، إذا ملأت أنبوب السباحة بالغاز بشكل كامل، يمكن أن تنتفخ في الشمس وتنفجر، حيث سيتمدد الغاز في الأنبوب بفعل درجات الحرارة العالية.


مثال على قانون شارل


السؤال:

يحتل الغاز حجم 400 سم^3 عند 0 درجة مئوية وضغط يبلغ 780 ملم من الزئبق، كم لتراً من الحجم سيشغلها الغاز عند 80 درجة مئوية، مع بقاء الضغط ثابتًا.



الحل:

المعطيات:

حجم الغاز الأولي = V1 = 400 cm^3.

درجة حرارة الغاز الأولية = T1 = 0 درجة مئوية، وبعد تحويلها إلى الدرجة المطلقة كلفن، تصبح:

T1 = 0 + 273 = 273 كلفن.

درجة حرارة الغاز الثانوية = T2 = 80 درجة مئوية، وبعد تحويلها إلى الدرجة المطلقة كلفن، تصبح:

T2 = 80 + 273 = 353 كلفن.


المطلوب:

إيجاد قيمة حجم الغاز باللتر بعد ارتفاع درجة الحرارة إلى 80 درجة مئوية أو 353 كلفن (V2).


الحل:

  • نكتب قانون شارل، كالآتي:

V1 / T1 = V2 / T2


  • نعوض القيم السابقة في القانون لنحصل على:

400/273 = V2 / 353

V2 = 400 * 353/273

V2 = 517.21 سم^3


  • نحوّل وحدة سم^3 إلى لتر، بحسب المطلوب:

1 سم مكعب = 0.001 لتر

أي أن:

517.21 سم مكعب = (517.21 * 0.001) / 1 = 0.517 لتر.




المراجع

  1. ^ أ ب "Charle's Law", byjus, Retrieved 18/4/2023. Edited.
  2. "Charles Law Formula", toppr, Retrieved 17/4/2023. Edited.
  3. " Charles's Law", chem.libretexts, Retrieved 18/4/2023. Edited.