ژاک شارل: کسی که اولین بالون هیدروژنی تاریخ را به پرواز درآورد
در 4 ژوئن 1783، برادران مون‌گلفیه اولین بار یک بالون هوای گرم را در جنوب فرانسه به نمایش گذاشتند. این بالون که از گونی محکمی پوشیده شده با کاغذ ساخته شده بود و تا نزدیک به 2 کیلومتر بالا رفت و به مدت 10 دقیقه در هوا باقی ماند.
خبر موفقیت آنها به سرعت به پاریس رسید و ژاک شارل ، مخترع و دانشمند فرانسوی را که به خوبی با خواص گازها آشنا بود، هیجان زده کرد. شارل پس از مطالعه آثار رابرت بویل و معاصران او مانند هنری کاوندیش، جوزف بلک و تیبریوس کاوالو معتقد بود که هیدروژن گاز ایده آل‌تری برای بلند کردن بالن‌ها نسبت به هوای گرم خواهد بود. او فکر می کرد که یک بالون هوای گرم به دلیل شعله بازش بسیار خطرناک است. هیدروژن، اگرچه قابل اشتعال بود، اما به طور کامل در بالون محصور شده بود و آن را ایمن‌تر می کرد.
ژاک شارل تصمیم گرفت یک بالن با هیدروژن بسازد. بنابراین او دو مهندس، یعنی برادران آن ژان رابرت و نیکلاس لوئیس رابرت را استخدام کرد تا به او کمک کنند تا اولین بالون هیدروژنی جهان را بسازد. برای کمک به تامین مالی این کار گران، طبیعت‌شناس و زمین‌شناس بارتلمی فاوجاس دو سن‌فون یک برنامه جرب سرمایه عمومی برگزار کرد و بلیت‌ها را با زمان و مکانی که بعداً اعلام می‌شود، فروخت. نخبگان پاریس که چند هفته قبل شاهد پرواز جذاب برادران مون‌گلفیه بودند، مشتاقانه ثبت نام کردند.
شارل بالون را طراحی کرد و از برادران رابرت خواست تا یک کیسه گاز سبک وزن اما بدون هوا بسازند. رابرتز روشی را ارائه کرد که شامل حل کردن لاستیک در محلول سقز و استفاده از محلول برای لاک زدن صفحات ابریشم برای غیرقابل نفوذ کردن آنها در برابر گاز بود. سپس ورقه های ابریشم را به هم می‌دوختند تا کیسه اصلی را بسازند.
بالون نسبتاً کوچک بود، حدود 4 متر قطر داشت و فقط قادر بود حدود 9 کیلوگرم را بلند کند. برای پر کردن بالون با گاز هیدروژن، مقادیر زیادی اسید کلریدریک در بشکه حاوی براده‌های آهن ریخته شد. هیدروژن حاصل از طریق یک شلنگ اتصال از بشکه به بالون وارد شد.
پر کردن بالون در 23 اوت 1783 در Place des Victoires آغاز شد. تولید هیدروژن از طریق واکنش شیمیایی یک فرآیند کند بود و بنابراین پر شدن بالن چند روز طول کشید. برای سرعت بخشیدن به تولید هیدروژن، برادران رابرت دستگاهی اختراع کردند تا اسید سطح فلز بیشتری برای واکنش داشته باشد. اما دستگاه به درستی کار نکرد و آنها به استفاده از بشکه بازگشتند. شارل برای علاقه‌مند نگه داشتن جمعیت، بولتن‌های پیشرفت روزانه منتشر می کرد. سرانجام پس از مشکلات فنی و تاخیرهای بیشمار، بالون آماده شد.
در 27 اوت 1783، اولین بالون هیدروژنی بدون سرنشین جهان از Champ de Mars، در یک زمین بزرگ رژه نظامی در پاریس، به پرواز درآمد. بالون زمانی رها شد که طوفانی شروع به پایان گرفتن کرده بود. اما بدی آب و هوا نتوانست شور و شوق جمعیّت را از بین ببرد. جین ای. بوید نوشت: «حتی خانم‌ها به بارانی که لباس‌ها و مانتوهای زیبای آنها را خراب می‌کرد، توجهی نکردند و چهره‌شان را به سمت آسمان برگرداندند». این بالون با جذب هیدروژن مستقیماً به آسمان صعود کرد و در عرض چند دقیقه از دید ابرها گم شد.
تقریباً 45 دقیقه پس از بلند شدن، بالون که مقداری از هیدروژن خود را از دست داده بود، در دهکده ای واقع در 15 مایلی شمال پاریس فرود آمد. روستاییان که از پیشرفت های اخیر در بالن سواری بی‌خبر بودند، از ظاهر غیرمنتظره از آسمان ترسیده و با استفاده از ابزارهای مختلف مزرعه مانند چنگک و داس به آن حمله کردند.
در میان جمعیت تماشاچیانی که پرواز بالن را دیدند، بنجامین فرانکلین بود. بعداً، وقتی کسی از او پرسید که این اختراع جدید چه هدفی را دنبال می کند، فرانکلین به طرز معروفی پاسخ داد: «یک کودک تازه متولد شده چه هدفی دارد؟»
شارل و برادران رابرت که از این دستاورد هیجان زده بودند، شروع به آماده شدن برای تلاش بعدی خود کردند: فرستادن یک یا دو نفر با یک بالون.
چهار ماه بعد، در 1 دسامبر 1783، شارل و نیکلاس لوئیس، بر روی بالون سوار شدند و تا ارتفاع تقریباً 500 متری اوج گرفتند. آنها به مدت بی سابقه 2 ساعت و 5 دقیقه و طی 36 کیلومتری با بالن پرواز کردند و بعد از غروب آفتاب به سلامت در دشت نسله در شمال پاریس فرود آمدند. نیکلاس-لوئیس پیاده شد و شارل یک بار دیگر بلند شد، این بار به سرعت به ارتفاع حدود 3000 متری صعود کرد، جایی که دوباره غروب خورشید را دید. متأسفانه، درد ضربانی در گوش او به دلیل کم شدن فشار جو آزارش داد و او را مجبور به فرود کرد و به آرامی در حدود 3 کیلومتری فرود آمد.
علیرغم این سفر موفق، شارل تصمیم گرفت دیگر پرواز نکند، اگرچه به طراحی بالن ادامه داد. یکی از طرح های او، یک کشتی دراز و قابل هدایت بود که بر اساس پیشنهادات ریاضیدان فرانسوی -ژان باپتیست میوسنیه -ساخته شد و دارای سکان و پاروهایی برای رانش بود، اگرچه ثابت شد که آنها بی فایده هستند.
در 15 جولای 1784، برادران رابرت به مدت 45 دقیقه با این کشتی پرواز کردند. برادران رابرت بار دیگر در 19 سپتامبر 1784 با M. Collin-Hullin پرواز کردند. آنها به مدت 6 ساعت و 40 دقیقه پرواز کردند و 186 کیلومتر از پاریس تا Beuvry در نزدیکی Béthune را طی کردند و بدین ترتیب اولین بالن سوارانی شدند که بیش از 100 کیلومتر را طی کرده‌اند.
ژاک شارل چندین اختراع مفید از جمله دریچه ی برای خروج هیدروژن از بالون و وسایل دیگر مانند هیدرومتر و زاویه‌سنج بازتابی انجام داد و هلیواستات Gravesand و هواسنج فارنهایت را بهبود بخشید. شارل همچنین توضیح داد که چگونه گازها وقتی گرم می شوند منبسط می شوند، قانونی که اکنون نام او را دارد.
قانون شارل (که همچنین با نام قانون حجم نیز شناخته می‌شود)، قانونی تجربی از قوانین گاز است که درباره منبسط شدن گاز در هنگام دادن حرارت به آن، توضیح می‌دهد. این قانون ابتدا در سال ۱۸۰۲ توسط فیلسوف فرانسوی، ژوزف لویی گیلوساک مطرح شد.
قانون شارل به این امر اشاره دارد که در یک فشار ثابت، حجم یک گاز با دمای آن رابطهٔ مستقیم دارد که این را می‌توانیم بدین صورت نیز بنویسیم:
V ∝ T
