قانون شارل – تجربة الغاز عند ضغط ثابت

ماذا تعرض

ينص قانون شارل على أن حجم كتلة ثابتة من الغاز عند ضغط ثابت يتناسب طرديًا مع درجة حرارتها المطلقة: V/T = ثابت. ولا يمكن للضغط هنا أن يتغير لأن قطرة الزئبق تنزلق بحرية، فيحمل الهواء المحبوس دائمًا الضغط الجوي مضافًا إليه وزن القطرة. ومنحنى V مقابل درجة الحرارة السيليزية خط مستقيم؛ وإذا مُدّ إلى الخلف حتى ينعدم الحجم قطع محور درجة الحرارة قرب −273 °C. ومن هنا جاء مقياس كلفن وفكرة الصفر المطلق.

طريقة الاستخدام

اضبط «حجم الغاز عند درجة الحرارة الابتدائية» و«درجة حرارة الماء الابتدائية»، ثم اضغط «تسخين» (أو «تبريد» لإضافة الجليد). وكلما تغيرت درجة الحرارة بنحو 10 °C اضغط «تسجيل البيانات»؛ فيحوّل الجدول كل قراءة إلى كلفن ويحسب V/T. بعد خمس قراءات أو ست اضغط «إطفاء السخان» وادرس المنحنى: فعّل «مدّ المنحنى حتى 0 K» لترى أين يقطع الخط محور درجة الحرارة. استخدم «مسح الجدول» لتكرار التجربة بحجم ابتدائي مختلف.

المعاملات القابلة للتغيير

• حجم الغاز عند درجة الحرارة الابتدائية 2–20 cm³
• درجة حرارة الماء الابتدائية 0–40 °C
• معدل التسخين أو التبريد 1–10 °C/s
• مدّ المنحنى حتى 0 K

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يبقى ضغط الهواء المحبوس ثابتًا بينما تتحرك قطرة الزئبق صعودًا أو هبوطًا؟
2. عند أي درجة حرارة يقطع امتداد خط V–t محور درجة الحرارة، وماذا تعني هذه النقطة؟
3. إذا بدأت بحجم ابتدائي أكبر للغاز، فكيف يتغير ميل منحنى V–T؟