Ο Ζακ Αλεξάντρ Σέζαρ Σαρλ (γαλλικά: Jacques Alexandre César Charles, 12 Νοεμβρίου1746 – 7 Απριλίου1823) ήταν Γάλλοςεφευρέτης, επιστήμονας, μαθηματικός και αεροστατιστής. Ο Σαρλ δεν έγραψε σχεδόν τίποτα για τα μαθηματικά, και τα περισσότερα από αυτά που του πιστώθηκαν ήταν αποτέλεσμα σύγχυσης με άλλον Ζακ Σαρλ, που ήταν επίσης μέλος της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού, από τις 12 Μαΐου 1785. Μερικές φορές αποκαλείται Σαρλ ο Γεωμέτρης.[1]
Ο Σαρλ και οι αδελφοί Ρομπέρ απογείωσαν το πρώτο (μη επανδρωμένο) αερόστατουδρογόνου στον κόσμο στον Αύγουστο του 1783, και έπειτα τον Δεκέμβριο του 1783, ο Σαρλ και ο συγκυβερνήτης του Νικολά-Λουί Ρομπέρ ανυψώθηκαν σε ύψος 550 μέτρων (1.800 πόδια) με επανδρωμένο αερόστατο. Η πρωτοποριακή χρήση του υδρογόνου εκ μέρους τους ως μέσο άνωσης οδήγησε στην ονομασία αυτού του τύπου αεροστάτων σε Charlière (Σαρλιέρ, εν αντιθέση με τα Μονγκολφιέρ που χρησιμοποιούσαν θερμό αέρα).
Ο νόμος του Σαρλ, που περιγράφει πως τα αέρια τείνουν να διαστέλλονται όταν θερμαίνονται, διατυπώθηκε από τον Ζοζέφ Λουί Γκαι-Λυσάκ το 1802, αλλά τον πίστωσε σε αδημοσίευτο έργο του Σαρλ.[2]
Ο Σαρλ εξελέγη στην Ακαδημία Επιστημών το 1795 και όπου στη συνέχεια έγινε καθηγητής φυσικής.[3]
Βιογραφικά στοιχεία
Ο Σαρλ γεννήθηκε στο Μπωζενσί-συρ-Λουάρ το 1746. Νυμφεύτηκε την Ζυλί Φρανσουάζ Μπουσώ ντε Χέρετ (Julie Françoise Bouchaud des Hérettes, 1784–1817), γυναίκα κρεολικής καταγωγής, 37 χρόνια νεότερη του. Σύμφωνα με αναφορές ο ποιητής Αλφόνς ντε Λαμαρτίν την ερωτεύτηκε και αυτός, και αποτέλεσε έμπνευση για το ποίημα Elvire στο αυτοβιογραφικό Ποιητικό Διαλογισμό « Le Lac » («Η λίμνη»), το οποίο περιγράφει ανασκοπικά την ένθερμη αγάπη που μοιράζεται ένα ζευγάρι από την πλευρά του θλιμμένου άνδρα. Ο Σαρλ έζησε περισσότερο από αυτήν και απεβίωσε στο Παρίσι στις 7 Απριλίου 1823.
Πτήσεις με αερόστατο υδρογόνου
Πρώτο αερόστατο υδρογόνου
Το αερόστατο που κατασκεύασαν ο Ζακ Σαρλ και οι αδελφοί Ρομπέρ δέχεται επίθεση από τρομοκρατημένους χωρικούς στο Γκονές (Gonesse). Μερικοί από αυτούς επιτέθηκαν και στον ίδιο επειδή δεν ήταν συνηθισμένοι στα ιπτάμενα αντικείμενα.
Ο Σαρλ συνέλαβε την ιδέα πως το υδρογόνο θα ήταν κατάλληλο ανυψωτικό αέριο για αερόστατα έχοντας μελετήσει το έργο Νόμος του Μπόιλ του Ρόμπερτ Μπόιλ που δημοσιεύθηκε 100 χρόνια νωρίτερα το 1662, καθώς και των συγχρόνων του Χένρι Κάβεντις, Τζόζεφ Μπλακ και Τιμπέριους Καβάλιο. Σχεδίασε το σκάφος και έπειτα δούλεψε μαζι με τους αδελφούς Ρομπέρ, Αν-Ζαν και Νικολά-Λουί, για την κατασκευή του στο εργαστήριο τους στη Πλας ντε Βικτουάρ (Place des Victoires) στο Παρίσι. Οι αδελφοί εφηύραν την μεθοδολογία του ελαφροβαρούς, αεροσταγούς θαλάμου αερίου διαλύοντας καουτσούκ σε διάλυμα από νέφτι και βερνίκωσαν τα πανιά απο μετάξι που ήταν κολλημένα μαζί για να φτιάξουν το κυρίως κάλυμμα. Χρησιμοποίησαν εναλλασσόμενες λωρίδες κόκκινου και λευκού μεταξιού, αλλά μετά τον αποχρωματισμό της διαδικασίας βερνικώματος/κάλυψης με καουτσούκ το κάλυμμα απέκτησε κόκκινο και κίτρινο χρώμα.[4]
Ο Ζακ Σαρλ και οι αδελφοί Ρομπέρ απογείωσαν[5] το πρώτο αερόστατο με υδρογόνο στον κόσμο στις 27 Αυγούστου 1783 από το Πεδίο του Άρεως (Champ de Mars), (εκεί που πλέον βρίσκεται ο Πύργος του Άιφελ) όπου μεταξύ των θεατών βρισκόταν και ο Βενιαμίν Φραγκλίνος.[6] Το αερόστατο ήταν σχετικά μικρό, μια σφαίρα 35 κυβικών μέτρων από μετάξι καλυμμένο με καουτσούκ,[4] και είχε την δυνατότητα ανύψωσης περίπου 9 κιλών (20 λίβρες).[6] Ήταν φουσκωμένο με υδρογόνο και κατασκευάστηκε με την διάχυση περίπου 250 κιλών θειικού οξέος σε 500 κιλά παλιοσίδερων.[6] Το αέριο υδρογόνο διοχετευόταν στο αερόστατο μέσω σωλήνων μολύβδου, αλλά αφού δεν περνούσε μέσω κρύου νερού, υπήρξε μεγάλη δυσκολία στο πλήρες γέμισμα του αεροστάτου (το αέριο ήταν θερμό όταν παραγόταν, αλλά ψυχραινόταν στο αερόστατο και συστελλόταν). Εκδιδόταν καθημερινά δελτία σχετικά με το γέμισμα του αεροστάτου, και το πλήθος ήταν τόσο μεγάλο που την 26η του μήνα το αερόστατο μεταφέρθηκε κρυφά τη νύχτα στο Σαμπ ντε Μαρς, σε απόσταση 4 χιλιομέτρων.[7]
Το αερόστατο πέταξε βόρεια για 45 λεπτά, ακολουθούνταν από έφιππους κυνηγούς, και προσγειώθηκε μετά από 21 χιλιόμετρα στο χωριό Γκονές όπου οι σύμφωνα με αναφορές τρομοκρατημένοι χωρικοί το κατέστρεψαν με αξίνες[6] ή μαχαίρια. Το έργο χρηματοδοτήθηκε μέσω συνδρομών που οργάνωσε ο Μπαρτέλεμι Φαουζάς ντε Σαιντ-Φοντ.[5]
Πρώτη επανδρωμένη πτήση με αερόστατο υδρογόνου
Σύγχρονη αναπαράσταση της πρώτης πτήσης του Καθηγητή Ζακ Σαρλ με τον Νικολά-Λουί Ρομπέρ, 1 Δεκεμβρίου 1783. Άποψη από την Πλατεία Κονκόρντ προς το Παλάτι του Κεραμεικού (καταστράφηκε το 1871)
Στις 13:45 (ή 1:45 μμ) της 1ης Δεκεμβρίου 1783, ο Ζακ Σαρλ και οι αδελφοί Ρομπέρ απογείωσαν ένα νέο επανδρωμένο αερόστατο από τον Κήπο του Παλατιού του Κεραμεικού (Jardin des Tuileries) στο Παρίσι.[4][6] Ο Ζακ Σαρλ συνοδευόταν από το Νικολά-Λουί Ρομπέρ ως συγκυβερνήτη του 380 κυβικών μέτρων αεροστάτου υδρογόνου.[4][6] Το κάλυμμα διέθετε βαλβίδα ελευθέρωσης υδρογόνου και καλυπτόταν από δίκτυ στο οποίο κρεμόταν το καλάθι. Έρματα άμμου χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο του ύψους πλεύσης.[4] Ανυψώθηκαν σε ύψος περίπου 550 μέτρων (1.800 πόδια)[6] και προσγειώθηκαν με το ηλιοβασίλεμα στο Νεσλ-λε-Βαλέε μετά από πτήση 2 ωρών και 5 λεπτών καλύπτοντας 36 χιλιόμετρα.[4][6] Οι έφιπποι κυνηγοί, που καθοδηγούνταν από τον Δούκα της Σαρτρ, κράτησαν το σκάφος κάτω όσω οι Σαρλ και Νικολά-Λουί αποβιβαζόταν.
Τότε ο Ζακ Σαρλ αποφάσισε να ανυψωθεί ξανά, αλλά μόνος του αυτή τη φορά επειδή το αερόστατο είχε χάσει μέρος του υδρογόνου του. Αυτή τη φορά ανυψώθηκε τάχιστα σε ύψος 3.000 μέτρων,όπου είδε τον ήλιο ξανά. Άρχισε να υποφέρει από πόνο στα αυτιά και έτσι άνοιξε την βαλβίδα για να ελευθερώσει υδρογόνο, και άρχισε την κάθοδο για να προσγειωθεί ομαλά σε απόσταση περίπου 3 χιλιομέτρων στο Τουρ ντυ Λαι. Εν αντιθέσει με τους αδελφούς Ρομπέρ, ο Σαρλ δεν πέταξε ποτέ ξανά, αν και το αερόστατο υδρογόνου ονομάστηκε Charlière (Σαρλιέρ) προς τιμήν του.
Αναφέρεται πως 400.000 θεατές παρακολούθησαν την απογείωση, και πως εκατοντάδες είχαν πληρώσει μια κορώνα ο καθένας για να βοηθήσουν οικονομικά στην κατασκευή και ως αντάλλαγμα έλαβαν πρόσβαση σε «ειδικό έγκλειστο χώρο» για «κοντινή θέα» της απογείωσης. Μεταξύ των θεατών στον «ειδικό κλειστό χώρο» ήταν και ο Βενιαμίν Φραγκλίνος, διπλωματικός αντιπρόσωπος των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής. Επίσης παρών ήταν ο Ζοζέφ Μονγκολφιέ, τον οποίον ο Σαρλ τίμησε ζητώντας του να ελευθερώσει το μικρό, ανοιχτό πράσινο, αερόστατο πλοηγό για να εκτιμηθούν ο άνεμος και οι καιρικές συνθήκες.
Ο κύριος επιστημονικός συνεργάτης των Μονγκολφιέ ήταν ο Μ. Σαρλ, ... ο οποίος ήταν ο πρώτος που πρότεινε το αέριο που παραγόταν από την βιτριόλη αντί για την καύση, περιβρέχοντας άχυρα και ξύλα που είχε χρησιμοποιήσει σε προηγούμενες πτήσεις. Ο ίδιος ο Σαρλ ήταν πρόθυμος να απογειωθεί αλλά βρέθηκε σε μπελάδες μετά από το βέτο του Βασιλιά, ο οποίος από τις πρώτες αναφορές παρακολουθούσε την διαδικασία των πτήσεων με έντονη προσοχή. Αγχωμένος για τους κινδύνους της παρθενικής πτήσης, ο Βασιλιάς πρότεινε πως ως επιβάτες του αεροστάτου θα έπρεπε να είναι δύο εγκληματίες, στο οποίο ο Σαρλ και οι συνεργάτες του αγανάκτησαν.
Το πηδαλιουχούμενο του Μενιέ
Περαιτέρω δραστηριότητες με αερόστατα
Το επόμενο έργο για τον Ζακ Σαρλ και τους αδελφούς Ρομπέρ ήταν η κατασκευή ενός επιμηκούς, πηδαλιουχούμενου σκάφους σύμφωνα με τις προτάσεις του Ζαν Μπατίστ Μενιέ (1783–85) για πηδαλιουχούμενο αερόστατο. Το μοντέλο περιελάμβανε τα εσωτερικά κύτταρα αέρα (ballonnet) του Μωνιέ, πηδάλιο κατεύθυνσης και μέθοδο προώθησης.
Ο Ζακ Σαρλ επέλεξε να μην πετάξει ποτέ με αυτό το σκάφος, αλλά στις 15 Ιουλίου 1784 οι αδελφοί πέταξαν για 45 λεπτά από τον Σαιντ-Κλου στο Μεντόν με τον Μ. Κόλιν-Χάλιν και τον Λουδοβίκο Φίλιππο Β΄, Δούκα της Σαρτρ να επιβαίνουν στο La Caroline. Διέθετε κουπιά για προώθηση και τον έλεγχο της διεύθυνσης, αλλά αποδείχθηκαν άχρηστα. Η απουσία «βαλβίδας ελευθέρωσης αερίου» σήμαινε πως το δούκας έπρεπε να σκίσει τα κύτταρα αέρα για να αποτρέψει το σπάσιμο όταν έφτανε σε υψόμετρο περίπου 4.500 μέτρων (14.800 πόδια).[4]
Στις 19 Σεπτεμβρίου 1784 οι αδελφοί Ρομπέρ και ο Μ. Κόλιν-Χάλιν πέταξαν για 6 ώρες και 40 λεπτά, καλύπτοντας 186 χιλιόμετρα από το Παρίσι στο Μπεβρί, κοντά στο Μπέτουν. Ήταν η πρώτη πτήση απόστασης πάνω από 100 χιλιόμετρα.
Εφευρέσεις
Ο Σαρλ πραγματοποίησε αρκετές χρήσιμες εφευρέσεις, συμπεριλαμβανομένης βαλβίδας για την ελευθέρωση υδρογόνου από το αερόστατο και άλλες συσκευές, όπως το αραιόμετρο και το γωνιόμετρο αντανάκλασης, και βελτίωσε τον ηλιόστατη του Γκρέιβσαντ και το αραιόμετρο του Φαρενάιτ. Ακόμη απέδειξε τα ηλεκτρικά πειράματα του Βενιαμίν Φραγκλίνου.
Νόμος του Σαρλ
Ο νόμος του Σαρλ (γνωστός και ως νόμος της ισόχωρης μεταβολής), περιγράφει πως τα αέρια τείνουν να διαστέλλονται όταν θερμαίνονται, και διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον φυσικό φιλόσοφο Ζοζέφ Λουί Λυσάκ το 1802,[2] αλλά πιστώθηκε σε αδημοσίευτο έργο του Ζακ Σαρλ, και ονομάστηκε προς τιμήν του.
Περίπου το 1787 ο Σαρλ πραγματοποίησε πείραμα όπου γέμισε 5 μπαλόνια με τον ίδιο όγκο διαφορετικών αερίων. Έπειτα ανέβασε την θερμοκρασία των μπαλονιών στους 80 °C και παρατήρησε πως ο όγκος τους αυξήθηκε με την ίδια αναλογία. Το πείραμα αυτό αναφέρεται από τον Γκαι-Λυσάκ το 1802 όταν δημοσίευσε εργασία για την ακριβή σχέση μεταξύ του όγκου και της θερμοκρασίας του αερίου. Ο νόμος του Σαρλ αναφέρει πως σε συγκεκριμένη σταθερή πίεση, ο όγκος ενός ιδανικού αερίου είναι ανάλογος της απόλυτης θερμοκρασίας. Ο όγκος ενός αερίου σε σταθερή πίεση αυξάνεται γραμμικά με την απόλυτη θερμοκρασία του αερίου. Η σχέση που δημιούργησε ήταν V1/T1 = V2/T2.[2]
