يعتبر قانون الغاز المثالي من أهم القوانين في الفيزياء ، وبهذا القانون تم فتح باب للعديد من التطبيقات والاكتشافات التي تعتمد بطريقة ما على قانون الفيزياء هذا ، وفي هذه المقالة سنتعرف على هذا القانون بالتفصيل ونتطرق لـ الكثير من التطبيقات.
تعريف قانون الغاز المثالي
المحتويات
تم العثور على قانون الغاز المثالي لأن طبيعة الغازات معقدة لأنها مليئة بالمليارات والمليارات من جزيئات الغاز النشط التي يمكن أن تتصادم مع بعضها البعض وربما تتفاعل مع بعضها البعض ، وبما أنه من الصعب وضح الغاز الحقيقي بدقة ، فإن العلماء يقدمون الغاز المثالي كنهج يساعدنا على نمذجة وتوقع سلوك الغازات. خلق المفهوم. يشير مصطلح الغاز المثالي لـ غاز افتراضي يتكون من جزيئات تخضع لبعض القواعد ، وهي:[1]
- جزيئات الغاز المثالية لا تجتذب أو تتنافر: لدرجة أن التفاعل الوحيد بين جزيئات الغاز المثالية سيكون تصادمًا مرنًا عند الاصطدام مع بعضها البعض أو الاصطدام المرن بجدران السفينة التي تقع فيها.
- جزيئات الغاز المثالية ليس لها حجم: يشغل الغاز الحقيقي حجمًا لأن الجسيمات تنتشر على مساحة عدد ضخم من الفضاء ، ولكن جزيئات الغاز المثالية يتم تقريبها كجسيمات نقطية ليس لها أبعاد بمفردها.
في الواقع ، لا توجد غازات مثالية تمامًا ، ولكن هناك الكثير من الغازات القريبة بدرجة كافية من الغاز المثالي ، لذا فإن مفهوم الغاز المثالي تقريبًا مفيد جدًا للعديد من الغازات القريبة من شكل الغاز المثالي وفي الواقع لدرجات حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة والضغوط. من الضغط الجوي ، تكون معظم الغازات التي نتعامل معها مثالية تقريبًا ، وإذا كان ضغط الغاز كبيرًا جدًا أو كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا ، فقد تكون هناك انحرافات واسعة عن قانون الغاز المثالي في ذلك الوقت.
تطبيقات على قانون الغاز المثالي
هناك الكثير من التطبيقات في حياتنا التي تعتمد على قانون الغاز المثالي:[2]
رذاذ الطلاء
عندما تعتمد بخاخات الطلاء أو البخاخات بشكل عام على قانون بويل ، فقد يحتوي الطلاء على مادتين ، واحدة من مادة الطلاء نفسها ، والأخرى ، وهي عبارة عن غاز مضغوط سائل داخل العلبة ، وتكون درجة غليان الغاز المسال أقل من درجة حرارة الغرفة. في الواقع ، لا يغلي في العلبة ولا يتحول لـ غاز لأن العلبة مغلقة بإحكام وفي اللحظة التي تضغط فيها على البخاخ ، يبدأ الغاز في الخروج من العلبة ، وتبدأ حالة الغليان ويتمدد الغاز المسال لـ غاز ويضغط على مادة الطلاء في العلبة ، ثم تتدفق مادة من الفوهة بينما يترك الغاز العلبة الطلاء على الإقلاع عن التدخين.
يغوص
أجسامنا مكرسة للعيش تحت الضغط الطبيعي ، والضغط المتزايد يسبب الكثير من المشاكل الصحية ، حسنًا ، عندما ينزل الغواص لـ قاع الماء ، يزداد الضغط ويزداد الضغط يؤدي لـ انخفاض الحجم فيبدأ دم الغواص في امتصاص غاز النيتروجين. يحدث العكس عندما يبدأ الغواص في الارتفاع مرة ثانية وتبدأ جزيئات غاز النيتروجين في التمدد والعودة لـ حجمها الطبيعي ، وإذا بدأ الغواص في الارتفاع ببطء ، تتوسع جزيئات غاز النيتروجين وتعود لـ حالتها الطبيعية بسلاسة ، ولكن إذا ازدادت بسرعة ، يتحول دم الغواص لـ رغوة. نفس الفوضى التي تحدث في المياه الغازية تسبب انحناءات متجددة للغواص ، يشعر خلالها بألم شديد ، وفي أسوأ الأحوال ، هذا الانخفاض المفاجئ في ضغط الجسم يمكن أن ينهي قصة حياة الغواص على الفور.
طفاية حريق
تتكون مطفأة الحريق من أسطوانة طويلة بمقبض تشغيل في الأعلى ، وداخل الأسطوانة يوجد أنبوب ثاني أكسيد الكربون محاط ببعض الماء ، مما يخلق ضغطًا حول أنبوب ثاني أكسيد الكربون حيث يمتد أنبوب السيفون رأسياً على طول مطفأة الحريق ويوجد ثقب في المياه القريبة. يفتح الطرف الآخر من الأسفل لـ غرفة حيث توجد آلية زنبركية متصلة بصمام تنفيس في أنبوب ثاني أكسيد الكربون وتنشط آلية الزنبرك التي تدخل صمام الإغاثة في الجزء العلوي من أنبوب ثاني أكسيد الكربون عند ضغط ذراع المشغل. ثاني أكسيد الكربون الذي يضغط على الماء ، وهذا الخليط من الماء عالي الضغط وثاني أكسيد الكربون يخرج من أنبوب النار.
قانون الغاز المثالي
يعتمد قانون الغاز المثالي على الخصائص الفيزيائية المستقلة الأربعة فقط للغاز والضغط والحجم ودرجة الحرارة والكمية ، وبما أننا لا نحتاج في الواقع لـ تحديد هوية الغاز لتطبيق قوانين الغاز ، فإن ثابت الغازات في القانون هو نفسه لكافة الغازات التي نحددها بالرمز R. لذلك ، تتم كتابة معادلة قانون الغاز الطبيعي على النحو التالي:[3]
PV = nRT
يتم استعمال قانون الغاز المثالي ، مثل أي قانون غاز انتهاء ، مع الانتباه لـ الوحدات والتأكد من التعبير عن درجة الحرارة بوحدة كلفن ، لكن قانون الغاز المثالي لا يتطلب تغييرًا في ظروف عينة الغاز ، وينص قانون الغاز المثالي إذا كنت تعرف أيًا منها: الخصائص الفيزيائية للغاز يمكنك حساب الخاصية الرابعة.
الفرق بين الغاز المثالي والغاز الحقيقي
في حالة وجود ثلاث مواد معروفة بخصائصها للمادة ، وهي المواد الصلبة والسوائل والغازات ، والمواد الصلبة لها كتلة وشكل معين بسبب الجذب الجزيئي القوي ، وفي السوائل تتحرك الجزيئات وتؤدي لـ شكل الحاوية التي توجد فيها ، ولكن في الغازات يمكن للجسيمات أن تتحرك بحرية. أي مكان داخل الخزان يوجد فيه نوعان من الغاز والغاز الحقيقي والغاز المثالي ويمكن تلخيص الفرق بين الغازين على النحو التالي:[4]
- غاز مثالي: يُعرَّف الغاز المثالي بأنه غاز يتوافق مع قوانين الغاز تحت كافة ظروف الضغط ودرجة الحرارة ، والغازات المثالية لها سرعات وكتل ، وليس لها أحجام ، والحجم المغطى بالحجم الإجمالي للغاز لا يكاد يذكر ، ولا يتكثف ولا نقطة ثلاثية.
- غاز حقيقي: يُعرَّف الغاز الحقيقي بأنه غاز ذو سرعة وحجم وكتلة من الغازات الحقيقية التي لا تخضع لقوانين الغاز تحت كافة ظروف الضغط ودرجة الحرارة القياسية وتنحرف عن سلوكه المثالي عندما يصبح الغاز ضخمًا ويتمدد.
سيوضح هذا الجدول بالتفصيل الفرق بين الغاز الحقيقي والغاز المثالي:
| غاز حقيقي | غاز مثالي |
| لديك حجم | لا يوجد حجم |
| تصادمات غير مرنة بين الجسيمات | تصادم مرن للجسيمات |
| هناك قوة استقطاب بين الجزيئات | لا توجد قوة استقطاب بين الجسيمات |
| بالفعل حول | ليس في الجوار وغاز افتراضي |
| ضغط أقل من الغاز المثالي | لديها ضغط مرتفع |
| يتفاعل مع الغازات المختلفة | مستقل وغير متفاعل |
| القانون p + ((n2a) / V2) (V – nb) = nRT | القانون PV = nRT |
نتيجة لذلك ، سنعرف بالتفصيل قانون الغاز المثالي ، بالإضافة لـ أهم التطبيقات المهمة لهذا القانون في حياتنا ، لقد تطرقنا لـ الصيغة الرياضية للقانون ، وشرحنا الفرق بين الغاز الحقيقي والغاز المثالي.
المراجع
- ^
khanacademy.org ، ما هو الغاز المثالي ، 12/11/2020
- ^
scienceclarified.com ، الغازات – تطبيقات الحياة الواقعية ، 12/11/2020
- ^
opentextbc.ca ، قانون الغاز المثالي وبعض التطبيقات ، 12/11/2020
- ^
byjus.com ، الفرق بين الغاز المثالي والغاز الحقيقي ، 12/11/2020
