قانون شارل وبويل

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.

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).

الصيغة الرياضية لقانون شارل

يمكننا التعبير عن قانون شارل رياضياً كما يأتي:

• الحجم ∝ درجة الحرارة
• الحجم = ثابت×درجة الحرارة
• ثابت = الحجم / درجة الحراة

وعند تحول الغاز من حالة إلى أخرى يكون القانون كالآتي:

( الحجم ₁ / درجة الحراة₁ ) = ( الحجم ₂ / درجة الحرارة₂ )

ولا بد أن تكون درجة الحرارة بوحدة كلفن.

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 الحراة₁ ) = ( الحجم ₂ / درجة الحرارة₂ )
• 0.3 لتر / 315 كلفن = 0.6 لتر / درجة الحرارة₂
• ( 0.6 لتر × 315 كلفن ) / 0.3 لتر = درجة الحرارة₂
• 630 كلفن = درجة الحرارة₂

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.

الصيغة الرياضية لقانون بويل

يمكننا التعبير عن قانون بويل رياضياً كما يأتي:

• الضغط ∝ (1 / الحجم)

نستبدل علامة التناسب بقيمة الثابت فتصبح المعادلة كما يأتي:

• الضغط = ثابت × (1 / الحجم)

أي أنَّ؛ الضغط×الحجم= ثابت

عند تحول الغاز من حالة إلى أخرى يصبح القانون كالآتي:

الضغط₁ × الحجم₁ = الضغط₂ × الحجم₂

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.

الحل:

• باستخدام القاون: الضغط₁ × الحجم₁ = الضغط₂ × الحجم₂
• 103 باسكال×30 لتر=20 لتر×الضغط₂
• (103 باسكال×30 لتر) / 20 لتر= الضغط₂
• 154.5 باسكال = الضغط₂.