قانون شارل: الحجم ودرجة الحرارة
قانون شارل (الذي سمي على اسم جاك شارل ، الكيميائي الفرنسي في القرن التاسع عشر) يتعلق بالعلاقة بين الحجم ودرجة الحرارة ، مع الحفاظ على الضغط وكمية الغاز ثابتة. هل تركت مجموعة من البالونات في سيارة ساخنة أثناء تشغيل المهمات؟ هل لاحظت أنها توسعت عند عودتك إلى السيارة؟
يقول قانون شارل أن الحجم يتناسب طرديا مع درجة حرارة كلفن. من الناحية الرياضية ، يبدو القانون كما يلي:
V = bT أو V / T = b (حيث يكون b ثابتًا) هذه علاقة مباشرة: كلما زادت درجة الحرارة ، زاد الحجم والعكس صحيح. على سبيل المثال ، إذا وضعت بالونًا في المجمد ، سيصغر حجم البالون. داخل الفريزر ، الضغط الخارجي ، أو الضغط الجوي ، هو نفسه ، لكن جزيئات الغاز الموجودة داخل البالون لا تتحرك بسرعة ، لذا ينكمش الحجم للحفاظ على الضغط ثابتًا. إذا قمت بتسخين البالون ، فسيتم توسيع البالون ويزداد الحجم.
إذا تغيرت درجة حرارة غاز بحجم معين (V1) ودرجة حرارة كلفن (T1) إلى درجة حرارة كلفن جديدة
(T2) ، يتغير الحجم أيضًا (V2):
V1 / T1 = b  V2 / T2 = b
الثابت ، ب ، هو نفسه ، كذلك
V1 / T1 = V2 / T2 (مع الضغط وكمية الغاز ثابتة ودرجة الحرارة المعبر عنها بـ K) إذا كان لديك ثلاثة من الكميات ، يمكنك حساب الرابع.
على سبيل المثال ، لنفترض أنك تعيش في ألاسكا وأنت بالخارج في منتصف الشتاء ، حيث تكون درجة الحرارة -23 درجة مئوية. تفجر بالونًا بحيث يكون حجمه 1.00 لتر. ثم تأخذها داخل منزلك ، حيث تكون درجة الحرارة 27 درجة مئوية.
ما هو الحجم الجديد للبالون؟ أولاً ، قم بتحويل درجات الحرارة إلى كلفن بإضافة 273 إلى درجة الحرارة المئوية:
الداخل: -23 درجة مئوية + 273 = 250 كلفن
من الخارج: 27 درجة مئوية + 273 = 300 كلفن
يمكنك الآن حل الإصدار الثاني باستخدام الإعداد التالي:
V1 / T1 = V2 / T2
اضرب كلا الطرفين في T2 بحيث يكون V2 ​​على جانب واحد من المعادلة في حد ذاته:
[V1T2] / T1 = V2
ثم استبدل القيم لحساب الإجابة التالية:
[(1.00 لتر) (300 كلفن) / 250 ك = V2 = 1.20 لتر
إنها إجابة معقولة ، لأن قانون شارل يقول أنه إذا قمت بزيادة درجة حرارة كلفن ، فإن الحجم يزداد.