قانون تشارلز
ينص قانون تشارلز على أن حجم الغاز المثالي يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة عند ضغط ثابت ينص القانون أيضًا على أن درجة حرارة كلفن والحجم سيكونان متناسبين بشكل مباشر عندما يكون الضغط المبذول على عينة من الغاز الجاف ثابتًا.
تمت صياغة هذا القانون في عام 1780 من قبل الفيزيائي الفرنسي جاك تشارلز تم وصف هذا القانون على نطاق واسع في عمله غير المنشور.
ما هو تشارلز لو؟
يقدم قانون تشارلز ، الذي يُشار إليه أحيانًا باسم قانون الأحجام ، وصفًا تفصيليًا لكيفية تمدد الغاز عند زيادة درجة الحرارة على العكس من ذلك ، عندما يكون هناك انخفاض في درجة الحرارة سيؤدي ذلك إلى انخفاض في الحجم.
عندما نقارن مادة ما تحت حالتين مختلفتين ، من البيان أعلاه يمكننا كتابة هذا بالطريقة التالية:
V 2 / V 1 = T2 / T1
أو
V1T2 = V2T1
توضح هذه المعادلة أعلاه أنه مع زيادة درجة الحرارة المطلقة ، يرتفع حجم الغاز أيضًا بالتناسب.
بعبارة أخرى ، قانون شارل هو حالة خاصة لقانون الغاز المثالي ينطبق القانون على الغازات المثالية التي يتم الاحتفاظ بها عند ضغط ثابت ولكن درجة الحرارة والحجم يتغيران باستمرار.
أمثلة يومية على قانون تشارلز لو
فيما يلي بعض الأمثلة التي يمكنك من خلالها فهم قانون شارل بسهولة بالغة.
في الشتاء حيث تنخفض درجة الحرارة ، عندما تأخذ كرة سلة للخارج على الأرض ، تنكمش الكرة هذا هو السبب الوحيد الذي يجعل من المهم فحص الضغط في إطارات السيارة عندما تخرج في الأيام الباردة. هذا هو الحال أيضًا مع أي جسم منفوخ ويشرح سبب وجوب فحص الضغط في إطارات سيارتك عندما تنخفض درجة الحرارة.
إذا قمت بملء الأنبوب الذي تم وضعه على حمام السباحة بشكل مفرط في يوم حار ، يمكن أن ينتفخ في الشمس وينفجر وبالمثل ، أثناء طهي الديك الرومي ، يتمدد الغاز داخل الترمومتر حتى يتمكن من “فرقعة” المكبس تعمل موازين الحرارة المنبثقة في تركيا بناءً على قانون تشارلز يمكن رؤية تطبيق شائع آخر في عمل محرك السيارة.
صيغة قانون تشارلز
صيغة قانون شارل مكتوبة على النحو التالي:
V I / T I = V F / T F
حيث V I = الحجم الأولي
V F = الحجم النهائي
T I = درجة الحرارة المطلقة الداخلية
T F = درجة الحرارة المطلقة النهائية
هنا يجب أن نتذكر أن درجات الحرارة هي درجات حرارة مطلقة تُقاس بوحدة كلفن ، وليست في F أو C.
اشتقاق قانون تشارلز
كما ندرك حقيقة أنه عند الضغط المستمر ، فإن حجم الكمية الثابتة من الغاز الجاف يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة وفقًا لقانون شارل يمكننا تمثيل البيان بالطريقة التالية.
V∝T
نظرًا لأن V و T يتغيران بشكل مباشر ، فيمكننا مساواتهما باستخدام الثابت k
V / T = ثابت = ك
في هذا ، تعتمد قيمة k على ضغط الغاز وكمية الغاز وكذلك وحدة الحجم.
ف * T = ك ——- (1)
لنفترض أن V1 و T1 هما الحجم الأولي ودرجة الحرارة ، على التوالي للغاز المثالي.
ثم يمكننا كتابة المعادلة (1) على النحو التالي
V1 / T1 = ك ——- (2)
بعد أن يتيح تغيير درجة حرارة الغاز إلى T2. بدلاً من ذلك ، يتغير حجمه إلى V2 ثم يمكننا الكتابة
V2 / T2 = ك ——– (3)
معادلة المعادلتين أعلاه التي هي المعادلتان 2 و 3 ، نحصل عليها
V1 / T1 = V2 / T2
أو
V1T2 = V2T1
أنت غير مدرك لحقيقة أنه عند تسخين كمية ثابتة من الغاز ، أي بزيادة درجة الحرارة ، يزداد الحجم أيضًا وبالمثل ، عند خفض درجة الحرارة ، ينخفض حجم الغاز. وعند 0 درجة مئوية يزداد حجم الحجم أيضًا بمقدار 1/273 من حجمه الأصلي لزيادة درجة الوحدة في درجة الحرارة.
من المهم أن تعرف ، كما سبق أن نوقش أعلاه ، أن وحدة درجة الحرارة يجب أن تكون بالكلفن وليست بالدرجة المئوية أو الفهرنهايت لحل المشكلات المتعلقة بقانون شارل تُعرف درجة الحرارة في كلفن أيضًا بمقياس درجة الحرارة المطلقة لتحويل درجة الحرارة بالدرجة المئوية إلى كلفن ، أضف 273 إلى درجة الحرارة في مقياس سيليزيوس.
وفقًا لقانون تشارلز الذي ينص على أن الحجم V للغاز يتناسب طرديًا مع درجة حرارته Tوالتي يجب أن تكون بالكلفن.
عندما تتغير درجة الحرارة وحدة واحدة من مقياس كلفن ، فإنها تساوي تغيرًا بدرجة واحدة مئوية تذكر دائمًا أن الرقم 0 على مقياس كلفن يعني -273 أو “الصفر المطلق”.
تتناسب كثافة الغاز عكسًا مع درجة الحرارة في كلفن عندما يكون عند كتلة وضغط ثابتين.
اقرأ أيضاً: الهيليوم
التمثيل الرسومي لقانون تشارلز
ISOBAR- يُعرف الرسم البياني بين V و T عند ضغط ثابت باسم isobar أو isoplestics ويعطي دائمًا خطًا مستقيمًا. قطعة من V مقابل T (درجة مئوية) عند ضغط ثابت هي خط مستقيم عند – 273.15 درجة مئوية. -273.15 درجة مئوية هي أدنى درجة حرارة ممكنة.
تطبيق قانون تشارلز في الحياة الحقيقية
هذا القانون له تطبيق واسع في الحياة اليومية بعض
في الطقس البارد أو في بيئة باردة ، تتقلص بالونات الهيليوم.
في الشتاء عندما يكون الطقس باردًا ، تقل قدرة الرئة البشرية وهذا يزيد من صعوبة أداء الرياضيين في يوم شتوي شديد البرودة ، كما أنه يجعل من الصعب على الناس ممارسة رياضة الجري.