قانون شارل ' s Law Charle ماذا يحدث لحجم البالون المثبت على فوهة زجاجة موضوعة في ماءٍ ساخن؟ زيادة درجة حرارة الغاز تؤدي إلى زيادة متوسط الطاقة الحركية للجزيئات، فتزداد سرعتها، وتاخذ بالتباعد فيزداد حجم الغاز. اكتشف العالم الفرنسي شارل العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته، فعند زيادة درجة حرارة الغاز يزداد حجمه عند ثبات ضغطه. نص قانون شارل: "حجم كمية محددة من الغاز المحصور يتناسب طردياً مع درجة حرارته المطلقة عند ثبات ضغطه". تفسير قانون شارل استناداً إلى نظرية الحركة الجزيئية. عند زيادة درجة الحرارة تزداد الطاقة الحركية لجزيئات الغاز، فتزداد المسافة بين الجزيئات، وبسبب ثبوت الضغط فإن حجم الغاز يزداد. اشتقاق القانون: عند تطبيق قوانين الغازات يجب تحويل درجة الحرارة السيليزية إلى مطلقة من خلال العلاقة: درجة الحرارة المطلقة = الدرجة السيليزية + 273 وتقاس الدرجة المطلقة بوحدة الكلفن. أمثلة محلولة مثال ( 1): تشغل كتلة من غاز الكلور حجماً قدره 60 mL عند درجة حراره 27 0 C. احسب حجمها عندما تزداد درجة حرارتها بمقدار 20 0 C ، مع بقاء الضغط ثابتاً. تحليل السؤال (المعطيات) T 1 = 27 + 273 = 300 K T 2 = 320 K V 1 = 60 mL V 2 =??
[٢] مثال حسابي على قانون شارل أسطوانة يوجد فيها 0. 3 لتر من غاز النيتروجين، تم تسخينها على درجة حرارة 315 كلفن، احسب درجة الحرارة النهائية للغاز عندما يكون حجمه 0. 6 لتر بثبوت الضغط. الحل: باستخدام القانون: ( الحجم 1 / درجة الحراة 1) = ( الحجم 2 / درجة الحرارة 2) 0. 3 لتر / 315 كلفن = 0. 6 لتر / درجة الحرارة 2 ( 0. 6 لتر × 315 كلفن) / 0. 3 لتر = درجة الحرارة 2 630 كلفن = درجة الحرارة 2 قانون بويل أجرى العالم بويل مجموعة من التجارب التي دوَّن نتائجها في جدول يدرس العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه بثبوت درجة حرارته، وتوصل بعد جهد إلى أنّ التناسب عكسيٌّ بين الضغط والحجم؛ أي أنّ ضغط الغاز يقل عندما يزداد حجمه عند نفس درجة الحرارة. [٣] الصيغة الرياضية لقانون بويل يمكننا التعبير عن قانون بويل رياضياً كما يأتي: [٤] الضغط ∝ (1 / الحجم) نستبدل علامة التناسب بقيمة الثابت فتصبح المعادلة كما يأتي: [٤] الضغط = ثابت × (1 / الحجم) أي أنَّ؛ الضغط×الحجم= ثابت عند تحول الغاز من حالة إلى أخرى يصبح القانون كالآتي: [٤] الضغط 1 × الحجم 1 = الضغط 2 × الحجم 2 مثال حسابي على قانون بويل منطاد حجم الغاز فيه 30 لتراً عند ضغط 103باسكال، ما قيمة ضغط الغاز فيه عندما يكون حجم الغاز فيه 20 لتراً بثبوت درجة الحرارة.
ذات صلة تطبيقات قانون شارل في الحياة قانون شارل للغازات قانون شارل يدرس قانون شارل العلاقة بين درجة الحرارة والحجم، حيث درس العالم جاكوس شارلز مدى تأثير درجة الحرارة على حجم الغاز، وتوصل إلى أنه عند ثبوت ضغط نوع من الغازات، فإن التناسب بين حجمه ودرجة حرارته يكون طردياً، أي أنّ درجة الحرارة تزداد بزيادة حجم الغازعند ثبات الضغط، والعكس صحيح. [١] وُجد أن التمثيل الهندسي لقانون شارل هو رسم خط مستقيم، بحيث يتقاطع هذا الخط مع المحور الصادي (محور الحجم) أي أنّ درجة الحرارة تساوي -٢٧٣٫١٥ º م عندما يكون الحجم صفراً، وفي عام 1848م أجرى العالم كلفن دراسات أثبتت أن درجة الحرارة عندما يكون حجم الغاز صفراً هي أقل درجة حرارة يُمكن أن يصل إليها الغاز، ثم أطلق عليها مصطلح ألا وهو (الصفر المطلق). [١] الصيغة الرياضية لقانون شارل يمكننا التعبير عن قانون شارل رياضياً كما يأتي: [٢] الحجم ∝ درجة الحرارة الحجم = ثابت×درجة الحرارة ثابت = الحجم / درجة الحراة وعند تحول الغاز من حالة إلى أخرى يكون القانون كالآتي: [٢] ( الحجم 1 / درجة الحراة 1) = ( الحجم 2 / درجة الحرارة 2) ولا بد أن تكون درجة الحرارة بوحدة كلفن.
87 مول/لتر، ولا حاجة للتحويل هنا من بار إلى ضغط جوي لأن القسمة ألغت وحدة الضغط الجوي من الأساس. تطبيقات على قانون هنري يلاحظ استخدام قانون هنري في التطبيقات الحياتيّة التالية: قانون هنري في المشروبات الغازيّة وضعت الشركات المصنّعة للمشروبات الغازيّة غاز ثاني أكسيد الكربون داخل علب المشروبات بصورته الذائبة، ويكون ضغط الغاز داخل العلبة أعلى قليلاً من الضغط الجويّ، لذلك عندما تفتح العلبة يخرج بعض من الغاز المضغوط فيصدر صفير من العلبة، ويستمرّ خروج الغاز من العلبة على شكل فقاعات غازيّة في المشروب لأنّ ضغط الغاز فوقَه أصبحَ أقلّ وينتهي الأمر بحالة التعادل بين الغاز في المشروب وفي الهواء الخارجي. [٨] قانون هنري في التنفس يطبّق قانون هنري على فسيولوجيا الجهاز التنفسيّ في الإنسان، فهوَ يوضّح كيفيّة إذابة الغازات أثناء تبادلها في الحويصلات الهوائيّة ومجرى الدم، فمن المعروف أنّ الضغط الجزئيّ للأكسجين في الحويصلات يكون أعلى منه في الدم منزوع الأوكسجين، وبالتالي فإنّ الأكسجين يميل للذوبان في الدم غير المؤكسد، وبحسب قانون هنري تتناسب كميّة الأكسجين التي تذوب في مجرى الدم طرديًا مع الضغط الجزئيّ للأكسجين في هواء الحويصلات، وفي المقابل يكون ضغط غاز ثاني أكسيد الكربون أكبر في الدم منزوع الأوكسجين، فينتقل من مجرى الدم إلى الحويصلات ليتحوّل مرّة أخرى لشكله الغازيّ حتى تتخلص الرئة منه.