ชาก ชาร์ล (Jacques Charles) หรือชื่อเต็มคือ ชาก-อาแลกซองดร์-เซซา ชาร์ล (Jacques-Alexandre-César Charles) นักคณิตศาสตร์ นักฟิสิกส์ และนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส เขาได้ร่วมกับพี่น้องตระกูลโรเบิร์ตสร้างและปล่อยบอลลูนบรรจุไฮโดรเจนลูกแรก และเป็นคนแรกที่ขึ้นไปบนบอลลูนไฮโดรเจนร่วมกับ Nicolas Robert ในปี พ.ศ. 2326 จากนั้นประมาณปี พ.ศ. 2330 เขาได้พัฒนากฎของชาร์ล (Charles’ law) เกี่ยวกับการขยายตัวเนื่องจากความร้อนของแก๊ส
กฎของชาร์ล (Charles’ law)
ชาร์ลได้ทำการทดลองเพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและอุณหภูมิของแก๊สโดยใช้บอลลูน พบว่าปริมาตรของแก๊สเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น หรือกล่าวได้ว่า ปริมาตร (V) แปรผันตรงกับอุณหภูมิ (T) ในหน่วยเคลวิน ซึ่งความสัมพันธ์ดังกล่าวเรียกว่า “กฎของชาร์ล (Charles’ law)” เขียนสมการได้ดังนี้ [ V/T = ค่าคงที่ ]
ความสัมพันธ์ตามกฎของชาร์ล อาจเขียนอยู่ในรูปที่สามารถใช้คำนวณปริมาตรหรืออุณหภูมิของแก๊สที่สองสภาวะได้ดังนี้ [ V1/T1 = V2/T2 ] เมื่อ V1 และ V2 คือ ปริมาตรของแก๊สที่มีอุณหภูมิ T1 และ T2 ตามลำดับ โดยที่ความดันและจำนวนโมลคงที่
ซึ่งต่อมาความสัมพันธ์ดังกล่าวของแก๊สได้รับการยืนยันโดยผลการทดลองของโชเซฟ-ลุย เก-ลูซัก’ (Joseph-Louis Gay-Lussac) โดยกราฟความสัมพัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและอุณหภูมิของแก๊ส สามารถศึกษาได้จากกิจกรรมในหนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เคมี เล่ม 3 บทที่ 7 แก๊สและสมบัติของแก๊ส (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560)
อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์
ในทางทฤษฎีสามารถหาอุณหภูมิที่แก๊สมีปริมาตรเป็นศูนย์ได้จากการเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร (แกน y) และอุณหภูมิของแก๊ส (แกน x) จากข้อมูลการทดลองวัดปริมาตรของแก๊สชนิดหนึ่ง ณ อุณหภูมิต่าง ๆ ที่ความดันและจำนวนโมลคงที่
โดยจุดที่เส้นกราฟตัดแกน X คือ อุณหภูมิที่แก๊สมีปริมาตรเป็นศูนย์ ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (absolute zero) ที่เสนอโดยวิลเลียม ทอมสัน (William Thomson) หรือ ลอร์ดเคลวิน (Lord Kelvin) และมีค่าเท่ากับ 0 เคลวิน (K) หรือ -273.15 องศาเซลเซียส (๐C)
โดยความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียสและเคลวิน เป็นดังนี้ [ T(K) = 273.15 + T(๐C) ] ทั้งนี้ สามารถใช้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์เท่ากับ -273 องศาเซลเซียสได้เพื่อความสะดวกในการคำนวณ
อ้างอิง:
- 1) หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เคมี เล่ม 3 บทที่ 7 แก๊สและสมบัติของแก๊ส (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560)
- 2) Britannica https://www.britannica.com/biography/Jacques-Charles