آخر تحديث: 2026-07-01

فهم قانون شارل

يصف قانون شارل كيف تتمدّد كمية ثابتة من الغاز عند تسخينها وتنكمش عند تبريدها، ما دام الضغط ثابتًا. وهو أحد قوانين الغازات البسيطة التي تفضي معًا إلى قانون الغاز المثالي، ويجسّد أثرًا مألوفًا: الهواء الساخن يشغل حيزًا أكبر من الهواء نفسه وهو بارد.

صيغة قانون شارل

عند ضغط ثابت يتناسب حجم الغاز طرديًا مع درجة حرارته المطلقة. وبإعادة ترتيب العلاقة يمكن إيجاد أي من الكميات الأربع:

استعمل دائمًا درجة الحرارة المطلقة

القانون تناسب طردي، ولذلك لا يصحّ إلا على مقياس حرارة يبدأ من صفر حقيقي. يضع مقياسا سلزيوس وفهرنهايت الصفر عند نقطتين اعتباطيتين، فتصبح نسبهما بلا معنى فيزيائي: تسخين غاز من 10 °م إلى 20 °م لا يضاعف حجمه رغم تضاعف الرقم بالسلزيوس.

يبدأ مقياس كلفن من الصفر المطلق (−273.15 °م)، لذا فإنّ مضاعفة الكلفن تقابل مضاعفة حقيقية للحجم. حوّل كل درجة حرارة إلى كلفن قبل تطبيق القانون: $T(\text{K}) = T(^{\circ}\text{C}) + 273.15$. تقبل هذه الحاسبة الدرجات السلزيوسية أو الفهرنهايتية وتحوّلها إلى كلفن قبل حساب النسبة.

مثال محلول

يحتوي بالون على 2.0 لتر من الهواء عند 27 °م. يُحمَل إلى الخارج في يوم بارد فيبرد إلى −23 °م. ما حجمه الجديد عند الضغط نفسه؟

نحوّل أولًا درجتي الحرارة إلى كلفن: 27 °م = 300.15 K و −23 °م = 250.15 K. ثم نطبّق القانون:

ينكمش البالون إلى نحو 1.67 لتر. تبلغ النسبة 250.15/300.15 نحو 0.83، لذا ينخفض الحجم بنحو 17 %، وهي النسبة نفسها لانخفاض درجة الحرارة المطلقة.

أين يظهر قانون شارل

• يبدو البالون المتروك في سيارة باردة مفرَّغًا، ثم ينتفخ من جديد حين يدفأ في الداخل.
• يرتفع الخبز والكعك جزئيًا لأنّ الغاز المحبوس يتمدّد بحرارة الفرن.
• يرتفع منطاد الهواء الساخن لأنّ تسخين الهواء المحصور يمدّده ويخفّض كثافته مقارنةً بالهواء المحيط.

يحدث ذلك كله عند ضغط شبه ثابت، ولهذا يكون قانون شارل هو الوصف المناسب.

قانون شارل وبقية قوانين الغازات

قانون شارل هو الحالة الخاصة عند ضغط ثابت من القانون العام للغازات $P_1 V_1 / T_1 = P_2 V_2 / T_2$. بجعل $P_1 = P_2$ يُلغى حدّا الضغط ويبقى $V_1/T_1 = V_2/T_2$. أما قانون بويل فهو حالة الحرارة الثابتة، وقانون غاي-لوساك حالة الحجم الثابت. في المسائل التي يتغيّر فيها الضغط أيضًا استعمل حاسبة قانون الغاز المشترك؛ ولإيجاد كمية مطلقة كعدد المولات استعمل حاسبة قانون الغاز المثالي.