ما هي قوانين الغازات

كتابة: ابتسام مهران آخر تحديث: 26 يناير 2021 , 09:21

 مفهوم قوانين الغازات

قد تم أنشاء قوانين الغاز في أوائل القرن السابع عشر من أجل مساعدة العلماء في العثور على الأحجام والكمية ، والضغوط ودرجة الحرارة عند الحديث عن مسائل الغاز ، حيث تتكون قوانين الغاز من ثلاثة قوانين أساسية ، وهي قانون تشارلز و قانون بويل وقانون أفوجادرو ، وسوف يتم دمجها في معادلة الغاز العامة وقانون الغاز المثالي .

وتكتشف قوانين الغاز الأساسية الثلاثة العلاقة بين الضغط وبين درجة الحرارة والحجم وكمية الغاز ، وقد يخبرنا قانون بويل أن حجم الغاز يزداد كلما انخفض الضغط يخبرنا قانون تشارلز أن حجم الغاز يزداد مع زيادة درجة الحرارة ، ويخبرنا قانون أفوجادرو أن حجم الغاز يزداد بزيادة كمية الغاز ، قانون الغاز المثالي هو مزيج من قوانين الغاز الثلاثة البسيطة . [1]

قوانين الغازات المثالية

قوانين الغازات المثالية هي المادة النظرية التي تساعد في تحديد العلاقة بين أربع متغيرات للغاز والضغط P والحجم V وكمية الغاز n ودرجة الحرارة T لها شخصيات موصوفة كما يلي :

  • نجد إن الجسيمات الموجودة في الغاز صغيرة للغاية من أجل ذلك لا يعمل الغاز في أي فراغات .
  • يعتبر الغاز المثالي له حركة ثابتة وعشوائية ومستقيمة ، ولا يوجد قوى بين جزيئات الغاز حيث تصطدم الجسيمات بمرونة مع بعضها البعض ومع جدران الحاوية ، يعتبر لدى الغاز الحقيقي حجم حقيقي وليس مرن وذلك عكس الغاز المثالي .
  • وذلك بسبب وجود قوى جذب بين الجسيمات ، نتيجة لذلك يكون حجم الغاز الحقيقي أكبر بكثير من حجم الغاز المثالي وضغط الغاز الحقيقي أقل من ضغط الغاز المثالي ،  تميل جميع الغازات الحقيقية إلى أداء سلوك الغاز المثالي عند ضغط منخفض ودرجة حرارة عالية نسبياً ، حيث يخبرنا عامل الانضغاطية z عن مدى اختلاف الغازات الحقيقية عن سلوك الغاز المثالي . [2]

ما هي قوانين الغازات

قانون كولوم

ينص قانون كولوم على أن القوة بين شحنتين كهربائيتين تتناسب بشكل طردي مع ناتج الشحنتين ، وتتناسب بشكل عكسي مع مربع المسافة بينهما .

قانون جاي لوساك

 يشير القانون إلى أن الغاز في الحالة المثالية وعند ثبات حجمه إلى إن الضغط يتناسب طردياً مع درجة الحرارة المطلقة ، ويوجد العديد من تطبيقات قانون جاي لوساك في الحياة اليومية .

قانون بويل

في عام 1662 اكتشف روبرت بويل العلاقة بين الضغط P والحجم V بافتراض ثبات درجة الحرارة وكمية الغاز .

قانون شارل

عند الضغط الثابت ورفع درجة حرارة الغاز ، فإن الحجم يزداد وعند خفض درجة الحرارة مع ثبات الضغط يقل حجم الغاز ، وذلك يتضح من تطبيقات على قانون شارل الكثيرة في حياتنا اليومية .

القانون العام للغازات أو القانون المجمع

نحصل على ذلك القانون من خلال قانون بويل قانون شارل ، وقانون جاي لوساك حيث إن القانون ينص على العلاقة بين الضغط ، والحجم ودرجة الحرارة لكتلة معينة وثابتة من الغاز .

قانون أفوكادو

في ذلك القانون يعتبر الحجم الذي يشغله الغاز يتناسب بشكل طردي مع عدد جزيئات الغاز . [3]

 قوانين الغاز 3 P1V1 = x = P2V2

عينة 17.50 مل من الغاز عند 4.500 ضغط جوي.

قوانين الغاز 4 V2 = P1⋅V1P2

قوانين الغاز 5= 4.500atm⋅17.50mL1.500 atm

= 52.50 مل قوانين الغاز 6

قوانين الغاز 6 = 52.50 مل . [1]

 أهمية قوانين الغاز في الحياة اليومية

 تعتبر قوانين الغاز مهمة في الحياة اليومية بشكل عام فقد نجد أن قانون بويل ينص على أنه عندما تظل درجة الحرارة ثابتة تكون العلاقة بين الحجم ، والضغط متناسبة بشكل عكسي ، ومع انخفاض الحجم يزداد الضغط بمعنى أنه مع تضاعف أحدهما ينخفض الآخر إلى النصف .

وقد ساعد ذلك القانون في اختراع الحقن وشرح العلم والسفر بالطائرة والفقاعات ، ويعتبر القانون مهم عند استخدام حقنة ، أو عند الضغط عليه بالكامل حيث تكون المحقنة في حالة محايدة بدون هواء داخل الأسطوانة ، وعندما يتم سحب الكباس للخلف فذلك سوف يعمل على ازدياد حجم الحاوية ، وبالتالي يقلل ذلك الضغط .

هي تصبح بذلك متناسبة بشكل عكسي ويجب على المرء أن ينقص بينما قد يزيد الآخر ، ويسحب السائل إلى المحقنة لأنه يعمل على توازن الضغط ، مما يجعله مساوي للضغط خارج المحقنة .

عندما نقوم بفرقعة بالون فنحاول أن نقلل كمية الهواء المحبوس داخل الحاوية ، وبالتالي فسوف يزيد الضغط على النظام ، وعند الضغط على البالون مما يزيد الضغط مما يقلل من الحجم، سوف يصبح النظام غير متناسب بشكل كبير ومجهد ، ويجب أن ينبثق لموازنة النظام، يحدث الشيء نفسه عندما تملأ بالون بشكل زائد عن المعتاد مما يضع ضغط كبير حيث تناسب مع الحجم الذي يمكن للحاوية تحمله ، وذلك يوضح لنا أهمية الغازات في حياتنا .  [4]

أهمية قانون بويل

يعتبر مهم في الارتفاعات العالية عند الصعود أو الهبوط في طائرة ، أو ركوب مترو أنفاق أو قطار يسير تحت ممر مائي عميق سوف تشعر بعدم الارتياح ، وذلك بسبب تغير الضغط في رأسك حيث تحافظ آذن الإنسان على مستوى معين من الماء يساعدك على البقاء بشكل متوازن والتكيف مع تغيرات الارتفاع .

عند حدوث ذلك بسرعة ، كما هو الحال أثناء إقلاع الطائرة نجد إن الضغط في الأذن يتراكم مع زيادة الحجم، وذلك يتعارض مع قانون بويل ، يجب أن تبتلع بقوة لتحرير بعض الضغط من خلال فتحة في حلقك تخلق نظام متساوي خارج أذنك وداخلها .

ويعتبر قانون بويل مهم للغاية للغواصين حيث كلما تعمقت في الغوص يزداد الضغط على جسمك ويقلل الحجم في رئتيك ، وعندما تصعد من أعماق المحيط وتقوم بإطلاق الهواء ببطء من رئتيك وهو ضغط بسبب الضغط ، فقد يتم تعليم الغواصين الزفير بثبات أثناء صعودهم إلى السطح ، وذلك لإن الهواء في الرئة ينضغط أثناء الغمر في الماء ويتمدد مع ارتفاعها ، قد يؤدي عدم طرد الهواء المتسع إلى إصابات داخلية خطيرة . [5]

خصائص الغازات

من المعروف أن خصائص الغازات متعددة ومتنوعة  حيث إنها تمتلك كثافة تعتبر أقل من الحالات الأخرى للمادة مثل الحالة السائلة أو الصلبة .

كما أنها ليس لديها شكل أو حجم ثابت فهي متغيرة الأشكال وكذلك الأحجام ، ويوجد قدر كبير من المساحة الفارغة بين الجزيئات ، وذلك يجعلها تمتلك كثيراً من الطاقة الحركية .

تتحرك الغازات بسرعة فائقة وتصطدم ببعضها البعض وذلك يجعلها تنتشر بسرعة ، وتصطدم بشكل متساوي في جميع أنحاء المكان الموجودة به.

تقاوم الغازات الانتشار إلى الجزيئات التي تحمل كميات ميكانيكية تحتوي على الكتلة والطاقة . [3]

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق