قانون شارل للغازات

قانون شارل هو أحد أهمّ القوانين الفيزيائية التي تتعلّق بالغازات، وبشكلٍ خاص يتحدَّث عن الغاز المثاليّ، والذي ينصُّ على مايلي: عند ضغط ثابت، فإن حجم كتلة معينة من غازٍ مثاليّ يزداد أو ينقص بنفس المقدار عند زيادة ونقصان درجة حرارته (كلفن)، أي أنَّ حجم كميّة معينة من الغاز تحت ضغطٍ ثابتٍ تتغيّر طردياً مع درجة الحرارة، ولقد قام (جوزيف لويس غاي-لوساك) في العام 1802م، بإظهار هذا القانون والذي يعود فضل اكتشافه الى أعمال وتجارب (جاك شارل) من عام 1787م غير المنشورة، ويعطى القانون من خلال العلاقة الآتية: (V= constant × T).

الخصائص العامَّة للغازات

لكلِّ حالةٍ من حالات المادة الثلاث: الصلبة، والسَّائلة، والغازيّة خصائص معيَّنة تتميّز بها عن غيرها، وسنعرض هنا صفات جزيئات العناصر الغازيّة والمركبات الغازية :-

تتحرّك جزيئات الغاز حركةً عشوائيَّة، وتصطدم خلال تلك الحركة مع بعضها البعض ممَّا يؤدّي إلى تبادل الطاقة فيما بينها.
يوجد فراغات ومسافات كبيرة بين جزيئات الغاز..
طاقتها الحركيّة كبيرة، وكثافتها قليلة، والتي تتناسب تناسب طرديّاً مع ازدياد درجات الحرارة، أي أنَّه كلما ارتفعت درجة الحرارة قلّت كثافة المادة وبالتالي تزداد طاقتها الحركيّة.
تتميّز بأنَّ عامل انضغاطها كبير بالمقارنة مع الحالتين السّائلة والصّلبة، ومن تطبيقات هذه الخاصّية استعمال إطارات العربات التي تنتفخ بضغط الهواء من داخلها، ويكون الهواء خليطاً من غازاتٍ تسلك مسلكاً فيزيائيّاً بنفس طريقة الأكسجين النقيّ، أو النيتروجين النقيّ أو أيّ مادة غازيّة أخرى، ويمكن ضغط كميّة من الهواء بمقدارٍ يتراوح من ضعفين الى ثلاثة أضعاف من حجم الإطار، وإذا ثقب الإطار فإنَّ الهواء الفائض سيدفع للخارج ويميّز هذا السلوك جميع الغازات.
تتمتع بصفة التميّع عند ارتفاع الضغط إلى مستوياتٍ عاليةٍ جداً، وإن كان متفاوتاً تبعاً لنوع العنصر أوالمركب الغازيّ.

الظروف الفيزيائيّة للغازات

لقد كان العالم الفرنسيّ (شارل) قد أوجد علاقة بين حجم ودرجة حرارة الغاز، حيث إنَّه اكتشف أنَّ حجم كمية معينة من غاز عند ضغطٍ ثابتٍ يزداد زيادةً خطيّة مع درجة الحرارة، وظهر له على ورقة الرسم البيانيِّ أنَّ الخط يمتدُّ ليمرَّ بنقطة -273.15 ºم، لذلك وفي سنة 1848م، اقترح العالِم (كلفن) مقياس الحرارة المطلقة وسُمي (مقياس كلفن)، وعلى هذا المقياس فإنّ zero Kelvin يسمى الصفر المطلق وهو يساوى ال273.15- ºم.

العوامل المتغيِّرة لحالة الغاز، أو الظروف الفيزيائية له وهي:

درجة الحرارة ( Temperature ) .
الضغط ( Pressure ) .
الحجم ( Volume ) .
كميّة الغاز ويعبّرعنها بالمولات (moles) .

تطبيقات على قانون شارل

ارتفاع بالونات الهواء السّاخن، وذلك بسبب أنَّ الهواء يتمدّد بمجرد التَّسخين، فيصبحُ الهواء الدَّافئ في البالون أقلَّ كثافة من الهواء البارد في المحيط الخارجيّ للبالون عند نفس الضَّغط، وهذا الاختلاف في الكثافة هو الذي يجعل البالون يصعد لأعلى. وعلى النَّقيض من ذلك فإن البالون يحدث له انكماش في حال تبريد الغاز.