تطبيقات على قانون شارل

كتابة: ابتسام مهران آخر تحديث: 26 يناير 2021 , 09:23

العالم جاك شارل

يعتبر العالم شارل هو واحد من أحد العلماء الأوروبيين ، وتحديداً الفرنسيين، حيث عاش شارل في الفترة ما بين 1746 م – 1823 م ، وقد تم انتخابه في عام 1795 م ، ليكون عضو في أكاديمية العلوم الفرنسية ، واهتم العالم شارل بالغازات ، حيث يعتبر هو أول من استعمل غاز  الهيدروجين لمليء المناطيد حتى اقترن اسمه بها ، وقد كان ذلك في عام 1783 م ، كما استطاع العالم شارل التوصل الى القانون الذي يربط ما بين الضغط والحرارة ، وذلك في عام 1787 م ، وهذا القانون المعروف بقانون شارل ، والذي تم صياغته من قبل لويس جوزيف غي لوساك الفيزيائي والكيمائي الفرنسي ، وذلك في عام 1802 م .

قانون شارل

من أحد أهم القوانين الفيزيائية التي تتعلق بالغازات هو قانون شارل، ويتحدث قانون شارل بشكل خاص عن الغاز المثالي ، حيث ينص القانون أنه عند ضغط ثابت ، فإن حجم كتلة معينة من الغاز المثالي يزداد ، أو ينقص بنفس المقدار سواء عند الزيادة ، أو النقصان بنفس المقدار عند زيادة ، أو نقصان درجة حرارته ،  أي أن حجم كمية معينة من الغاز المثالي تحت ضغط ثابت تتناسب طرديا مع درجة الحرارة، وقد قام العالم (جوزيف لويس غاي-لوساك) ، في عام 1802م ،  بتوضيح هذا القانون والذي يعود فضل لاكتشافه الى أعمال وتجارب (جاك شارل) منذ عام 1787م الغير منشورة ، ويتحدد القانون من خلال العلاقة الآتية: (V= constant × T) .

يصف قانون شارل العلاقة بين كلا من درجة الحرارة ، وحجم الغاز ، قانون شارل عبارة عن أحد قوانين الغازات ، وينص قانون شارل على أنّ حجم الغاز يتناسب طرديًّا مع درجة الحرارة ، وذلك عند ثبات كلا من ضغط الغاز وكميته .[1]

الخصائص العامة للغازات

من أهم خصائص الغازات المنتشرة في حياتنا اليومية أنها توجد المادة في ثلاثة صور الصورة الصلبة، الصورة السائلة ،  الصورة الغازية  ، وتتميز كل مادة من المواد بخصائص معينة تتميز بها عن غيرها من المواد الأخرى ، وسوف نتحدث عن خصائص جزيئات العناصر الغازية ، حيث تتحرّك جزيئات الغاز بحركةً عشوائيَّة ، وتصطدم من خلال تلك الحركة مع بعضها البعض ، ممَّا يؤدّي ذلك إلى تبادل الطاقة فيما بينها .

يوجد العديد من الفراغات والمسافات الكبيرة بين جزيئات الغاز وبعضها ، تكون طاقتها الحركيّة كبيرة، وكثافتها قليلة ، وتتناسب تناسب طردي مع زيادة درجة الحرارة ، أي أنَّه كلما ارتفعت درجة الحرارة قلّت كثافة المادة ، وبالتالي تزداد طاقتها الحركيّة .

تتميّز الغازات بأنَّ عامل انضغاطها يكون كبير وذلك بالمقارنة مع الحالتين السّائلة والصّلبة للمادة ، ومن التطبيقات على هذه الخاصّية استعمال إطارات السيارات ، التي تنتفخ بواسطة ضغط الهواء الموجود بداخلها ، ويكون الهواء عبارة عن خليط من غازات ، هذه الغازات تسلك سلوك فيزيائي بنفس طريقة الأكسجين النقي ، أو النيتروجين النقي ، أو أي مادة غازيّة أخرى ، وبالتالي يمكن ضغط كميّة كبيرة من الهواء بمقدار يتراوح من ضعفين الى ثلاثة أضعاف من حجم الإطار ، وإذا حدث ثقب داخل الإطار فإنَّ الهواء الفائض ، سوف يُدفع للخارج ، ويميز هذا السلوك جميع الغازات .

تتمتع الغازات بصفة التميع ، وذلك عند ارتفاع الضغط إلى مستويات عالية جداً ، وإن كان الضغط متفاوت تبعاً لنوع العنصر ، أو المركب الغازي الذي يتكون منه ، وهنا ندرك أهمية الغازات في حياتنا اليومية .

قد أوجد العالم الفرنسي شارل العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته ، حيث أنه اكتشف أن حجم كمية معينة من الغاز عند ضغط جوي ثابت يزداد زيادة خطية مع درجة الحرارة ، أي أنه يتناسب تناسبا طرديا ،  وظهر للعالم شارل علي ورقة الرسم البياني أنَّ الخط يمتد ليمرَّ بنقطة -273.15 ºم ، كذلك في سنة 1848م، قد اقترح العالم (كلفن) مقياس درجة الحرارة المطلقة ، وسُمي (بمقياس كلفن) ، وعلى اساس هذا المقياس فإنّ zero Kelvin يسمى الصفر المطلق وهو يساوي ال 273.15- ºم .

من العوامل التي تغير حالة الغاز ، أو الظروف الفيزيائية له وهي  درجة الحرارة ، الضغط، الحجم ، وكمية الغاز ويعبّر عنها بالمولات ، كل هذه العوامل تؤثر على حالة الغازات .

تطبيقات على قانون شارل

  • من تطبيقات قانون شارل الحياتية هي الكرة ، والجو فعندما يتم نفخ كرة داخل المنزل ، وفي أحد الأيام التي يكون فيها الجو بارد ، سوف نلاحظ أن حجم الكرة يتقلص ، وذلك بحسب قانون شارل فإن الغاز يأخذ مساحة أكثر عندما تكون درجة حرارته أعلى .
  • يفسر قانون شارل ظاهرة تمدد الهواء داخل منطاد الهواء الساخن ، ففي المنطاد عند تسخين الهواء يتمدد ، كما أن الهواء الساخن يأخذ حجما أكبر من حجم الهواء البارد ، وذلك عند تساوي كتلتهما ، وكذلك تعتبر كثافة الهواء الساخن أقل من كثافة الهواء البارد ، فعندما يكون الهواء ساخن بالشّكل الكافي يُصبح وزن المنطاد ، بالهواء الساخن الموجود فيه أقل من وزن الهواء البارد المحيط به، ثم يبدأ المنطاد بالارتفاع ، كما لو تم السماح للهواء في المنطاد بأن يبرد فإن حجم الغاز الموجود فيه يقل ، وتزداد كثافة الغاز ويبدأ المنطاد في الهبوط ، حتي يصل الي الارض .
  • يفسر قانون شارل ضغط الهواء الموجود داخل الإطارات ، حيث يمكننا ملاحظة أن كثير من الادلة تشير إلى ان نقوم بقياس ضغط الهواء ، وذلك عندما تكون الاطارات باردة ، وذلك لأنه مع بداية حركة الإطارات تبدأ الإطارات في اكتساب حرارة ، مما يفسر ذلك علي حسب قانون شارل وهو ازدياد حجم الغاز فيه ، في الإطار ذاته لن يتمدد كثيراً ، وبالتالي يكون ضغط الهواء في الإطار مرتفعا ، وذلك عندما يكون الإطار ساخنا ، ويدل ذلك على أن هناك كمية زائدة من الهواء داخل الإطار .
  • كذلك لقانون شارل والعديد من القوانين الأخرى تفسيرا لانتفاخ المخبوزات ، وذلك عند خبزها ، حيث يوجد بعض الجيوب الهوائية الصغيرة من الخميرة ، وبعض المكونات الأخرى ، والتي عند تسخينها تتمدد نتيجة اكتسابها للحرارة ، وذلك يؤدي الي انتفاخ العجينة ، مما يجعل المخبوزات اخف وزنا ، ويتم خبزها بشكل جيد .[2]
زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق