3-2 جهاز شارل وخطوات التجربة

يتركب جهاز شارل من:

• أنبوبة زجاجية شعرية طولها نحو 30 cm وقطرها نحو 1 mm، مقفلة من أحد طرفيها، بها قطرة من الزئبق تحبس كمية من الهواء داخل الأنبوبة.
• الأنبوبة مثبتة مع ترمومتر على مسطرة مدرجة داخل غلاف أسطواني زجاجي.

الخطوات:

1. يوضع الجهاز داخل غلاف أسطواني به جليد مجروش آخذ في الانصهار، ويُترك فترة مناسبة حتى يبرد الهواء إلى 0°C.
2. يقاس طول عمود الهواء المحبوس وهو يتخذ مقياسًا لحجمه (V₀) — لأن الأنبوبة منتظمة المقطع.
3. يُفرَّغ الغلاف من الجليد والماء، ثم يمرر بخار ماء مغلي فيه من أعلى إلى أسفل مع الانتظار مدة مناسبة حتى تصبح درجة حرارة الهواء 100°C، ويقاس طول العمود وهو مقياس لحجمه عند 100°C (V₁₀₀).
4. تُرسم علاقة بين الحجم V ودرجة الحرارة t، فنجد أنها خط مستقيم. وإذا مددنا هذا الخط فإنه يقطع المحور الأفقي (محور درجة الحرارة) عند القيمة −273°C.
5. يُعين معامل التمدد الحجمي للهواء عند ثبوت ضغطه من العلاقة:

\[\begin{gathered}\alpha _{v} = \dfrac{V_{100} - V_{0}}{V_{0} \times 100}\end{gathered}\]

• وقد وُجد عمليًا أن معامل التمدد الحجمي للهواء عند ثبوت الضغط يساوي \(\dfrac{1}{273}\) لكل درجة مئوية \[\begin{gathered}(\approx 0.00366 {}^{\circ} \,\text{ext}{C}^{-1})\end{gathered}\].
• وبما أن الحجوم المتساوية من الغازات المختلفة تتمدد بمقادير متساوية فإن لمعامل التمدد الحجمي للغازات المختلفة القيمة نفسها.