نص قانون شارل
قانون شارل (بالإنجليزية: Charles's law) هو قانون فيزيائي رياضي يصف العلاقة بين درجة حرارة الغاز وحجمه، عند ثبوت الضغط، وقد سُمي بهذا الاسم نسبةً إلى العالم الفيزيائي الفرنسي جاك شارل، والذي يرجع إليه الفضل في صياغة القانون لأول مرة، وذلك في أواخر القرن الثامن عشر، وينص قانون شارل على أن "حجم كمية ثابتة من الغاز يتناسب تناسبًا طرديًا مع درجة حرارته المطلقة، بشرط ثبوت الضغط".[١][٢][٣]
يعتبر قانون شارل أو قانون تشارلز ؛ حالة خاصة من قانون الغاز المثالي، حيث يكون ضغط الغاز ثابتًا.
العلاقة الرياضية لقانون شارل
يمكن التعبير عن القانون بالعلاقة الرياضية الآتية:[١][٢][٣]
V₁ / T₁ = V₂ / T₂
حيث إن:
V₁: الحجم الأولي للغاز، ويقاس بوحدة اللتر.
V₂: الحجم النهائي للغاز، ويقاس بوحدة اللتر.
T₁: درجة الحرارة الأولية المطلقة، وتقاس بوحدة الكلفن.
T₂: درجة الحرارة النهائية، وتقاس بوحدة الكلفن.
العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته حسب قانون شارل
بناءً على قانون شارل؛ تكون العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته؛ علاقة طردية، وهذا يعني أن حجم الغاز يزداد بزيادة درجة حرارته، والعكس صحيح، أي أن حجم الغاز يقل عند انخفاض درجة حرارته، ولكن بشرط أن يبقى ضغط الغاز ثابتًا في الحالتين، ويمكن القول بمعنى آخر، أنه إذا تم تسخين كمية معينة من غاز ما مع الحفاظ على الضغط ثابتًا، فإن حجمه سيتمدد، وأيضًا، إذا تم تبريد الغاز، سيقل حجمه، مع ثبوت الضغط.[١][٢][٣]
شروط صحة قانون شارل
فيما يأتي بعض الشروط المهمة التي يمكن عندها تطبيق قانون شارل على الغازات:[٢]
- حسب قانون شارل؛ تكون العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته المطلقة علاقة طردية لكمية ثابتة من الغاز فقط (علمًا بأن كمية الغاز تُقاس بعدد المولات).
- حسب قانون شارل؛ تكون العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته المطلقة علاقة طردية عند ثبوت الضغط فقط (علمًا بأن ضغط الغاز يُقاس بوحدة الباسكال).
- ينطبق قانون شارل على نطاق درجات الحرارة والضغوط التي يتصرف فيها الغاز بشكل مثالي، وهذا يعني أنّ قانون شارل يتبع قانون الغاز المثالي (PV = nRT).
تطبيقات عملية على قانون شارل
فيما يأتي بعض التطبيقات العملية المتنوعة على قانون شارل:[٣][٤]
- البالون: عند زيادة درجة حرارة الهواء الموجودة داخل البالون؛ يتمدد حجم الهواء في داخله؛ مما يؤدي إلى تمدد البالون.
- كرة السلة: عند اللعب بكرة سلة في يوم بارد جدًا، تنكمش الكرة، وذلك لأن درجة حرارة الهواء الموجود بداخلها تقل، فيقل حجمه، وتنكمش الكرة بدورها.
- حوض السباحة: عند نفخ حوض السباحة في يوم حار جدًا يمكن أن ينفجر، لأن حجم الغاز الموجود بداخله يزداد بزيادة درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تمدد الحوض وانفجاره في النهاية.
مثال حسابي على قانون شارل
المثال الآتي يوضح كيفية استخدام العلاقة الرياضية لقانون شارل:[٣]
إذا علمت أن غاز يشغل حجمًا مقدراه 2 لتر، عند درجة حرارة مقاجرها 300 كلفن، ثم تم تسخين الغاز حتى أصبحت درجة حرارته 400 كلفن، فما مقدار حجم الغاز بعد التسخين؟
باستخدام قانون شارل:
V1 / T1 = V2 / T2
2 / 300 = V2 / 400
0.0067 = V2 / 400
V2 = 400 × 0.0067
V2 = 2.67 لتر
إذًا، الحجم النهائي للغاز يساوي تقريبًا 2.67 لتر، بشرط أن يبقى ضغط الغاز وكميته ثابتين.
المراجع
- ^ أ ب ت "Charles' law and gas in a piston", khanacademy, Retrieved 21/6/2023. Edited.
- ^ أ ب ت ث "Charles's law", khanacademy, Retrieved 21/6/2023. Edited.
- ^ أ ب ت ث ج "Charles' Law Example Problem", thoughtco, Retrieved 21/6/2023. Edited.
- ↑ "Charle's Law", byjus, Retrieved 21/6/2023. Edited.
