ما هو قانون شارل؟
يُعد قانون شارل أحد القوانين الأساسية للغازات في الكيمياء والفيزياء. وينص على أنه عند ثبوت الضغط، يتناسب حجم كمية محددة من الغاز المثالي تناسبًا طرديًا مع درجة حرارته المطلقة. أي ببساطة: عند تسخين الغاز يتمدد، وعند تبريده ينكمش. وتُكتب هذه العلاقة على الصورة \( V_1/T_1 = V_2/T_2 \)، شرط أن تكون درجات الحرارة دائمًا بوحدة الكلفن (K).
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل الحجم الابتدائي (V₁)، ودرجة الحرارة الابتدائية (T₁)، ودرجة الحرارة النهائية (T₂). وتأكد من أن كلتا درجتي الحرارة بوحدة الكلفن — وللتحويل من درجات سيليزيوس (المئوية) أضف 273.15. تقوم الحاسبة بإيجاد الحجم النهائي (V₂) وتعرض القيم التي أدخلتها للمراجعة.
شرح المعادلة
انطلاقًا من العلاقة \( V_1/T_1 = V_2/T_2 \)، نعيد ترتيبها لعزل المجهول فنحصل على:
$$ V_2 = \frac{\text{V}_1\text{ (L)} \times \text{T}_2\text{ (K)}}{\text{T}_1\text{ (K)}} $$وبما أن درجة الحرارة تظهر على هيئة نسبة، فلا بد من استخدام مقياس مطلق (الكلفن). أما استخدام درجات سيليزيوس فسيؤدي إلى نتائج خاطئة أو سالبة لا معنى لها، لأن درجة الصفر المئوي لا تعني انعدام الطاقة الحرارية.
مثال محلول
لنفترض أن بالونًا يحتوي على 2 لتر من الغاز عند درجة حرارة 300 كلفن، ثم تم تسخينه إلى 450 كلفن مع ثبوت الضغط. عندها يكون
$$ V_2 = 2 \times \frac{450}{300} = 2 \times 1.5 = 3 \text{ لترات} $$فيتمدد الغاز بنسبة 50%، وهو ما يطابق تمامًا الزيادة بنسبة 50% في درجة الحرارة المطلقة.
الأسئلة الشائعة
لماذا يجب أن تكون درجة الحرارة بوحدة الكلفن؟ لأن قانون شارل يعبّر عن تناسب طردي مباشر مع درجة الحرارة المطلقة. ومقياس الكلفن وحده هو الذي يبدأ من الصفر المطلق، ولذلك تكون النسب فيه ذات معنى فيزيائي صحيح.
ما الذي يبقى ثابتًا؟ يبقى الضغط وكمية الغاز (عدد المولات) ثابتين، بينما يتغير الحجم ودرجة الحرارة فقط.
هل يمكنني إيجاد T₂ بدلًا من ذلك؟ نعم، جبريًا تكون \( T_2 = T_1 \times (V_2 / V_1) \)، لكن هذه الأداة مخصصة لإيجاد V₂. لذا حوّل قيمك المعلومة وفقًا لذلك.
