샤를[Jacques Alexsandre Cesar Charles]

[임중명]

  프랑스의 한 시골에서 태어난 샤를은 기체의 물리적 성질에 대하여 한평생 연구한 물리학자이다.

  그는 파리 과학 아카데미 회원으로 있으면서 당시 캐번디시가 발견한 수소가 공기보다 가볍다는 사실을 알고 이것을 기구 속에 넣어 공중에 뜰 수 있는 수소 기구를 만들게 되었다.
  1783년 11월 20일, 이 기구에 자신의 친구인 게이 뤼삭을 태우고 공중에 떠서 지구 표면 위로 뜬 최초의 인간으로 만들었고, 그로부터 열흘 후인 12월 1일에는 샤를 자신이 이 기구에 타고 공중에 떠서 지구 표면 위로 올라간 두 번째의 사람이 되었다.

  1804년, 게이 뤼삭은 이 기구에 타고 공중으로 23,000피트까지 올라가 가장 높이 올라간 사람으로 기록되었는데, 이 기록은 그 후 50년 동안 깨어지지 않고 유지되었다. 그는 가벼운 기체인 수소 대신에 보통의 공기를 이용할 수 없을까 하고 연구한 결과, 공기는 온도가 올라가면 부피가 커진다는 사실을 발견하고 같은 양의 공기를 가열하여 온도를 올려주면 부피가 증가하고 밀도는 감소하기 때문에, 온도가 계속 상승하여 그 밀도가 가열하지 않은 공기보다 작아지면 결국 공기보다 가벼운 기체와 같은 효과를 낼 것이라고 생각하였다.
  이 원리를 이용하여 만든 기구는 밑이 뚫린 가죽 주머니에 사람이 탈 수 獵? 바구니를 매달은 모양인데, 이 가죽 주머니에 들어 있는 공기를 버너로 가열하면 가죽 주머니 속에 들어 있는 공기의 밀도는 작아져서 드디어 기구가 지구 표면에서 떠올라간다.
   샤를과 게이 뤼삭은 위와 같이 기구를 어떻게 하면 공중에 높이 띄울까 연구하던 중 일정한 압력에서 기체의 온도를 올려주면 어떤 기체든지 온도가 1℃ 올라갈 때마다 0℃ 때 부피의 1/273씩 증가하는 것을 알아 냈는데, 이것을 후세 사람들이 샤를의 법칙 또는 게이 뤼삭의 법칙이라고 하였다.
  샤를의 법칙에 의하면, 기체의 온도를 1℃ 내릴 때마다 0℃ 때 부피의 1/273씩 감소하기 때문에 -273℃로 기체의 온도를 내리면 기체의 부피는 0이 되는데, -273℃라는 온도는 기체가 존재할 수 있는 가장 낮은 온도라고 말할 수 있다. 그래서 이 온도를 절대 영도라고 하고, (273 + t℃)를 절대 온도라고 하여 K라는 단위로 나타낸다.

  기체의 부피를 기체 분자 운동론으로 생각할 때, 샤를의 법칙은 온도가 올라갈수록 기체 분자 운동이 활발해져서 부피가 커지고, 온도를 내려주면 기체 분자 운동 범위가 좁아지기 때문에 기체의 부피는 감소하는 것이다. 절대 영도에서 기체의 부피가 0이 되는 것은 기체 분자는 전혀 운동하지 않고 정지한다는 뜻으로, 기체 분자 운동 에너지는 0이라는 것이다.   따라서, 기체 분자 운동 에너지는 절대 온도에 비례한다고 말할 수 있다.