فسر يبتعد سلوك الغاز الحقيقي عن سلوك الغاز المثالي عند الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة
نقدم لكم من خلال هذا المقال إجابة على سؤال يفسر اختلاف سلوك الغاز الحقيقي عن سلوك الغاز المثالي عند الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة عبر موسوعة. فعلم الفيزياء هو إحدى العلوم الهامة التي تتضمن العديد من الظواهر المختلفة في حياتنا اليومية التي يجب تفسيرها، ويعود التفسير العلمي إلى عدة أسباب تفصح عنها السطور التالية
- السبب الأول: عند خفض درجة حرارة الغاز الحقيقي، تقل الطاقة الحركية للجزيئات المكونة للغاز، مما يؤدي إلى زيادة قوى التجاذب بينها وانكماش الحجم.
- فإن مدى انحراف الغاز عن قوانين الغازات العامة يعتمد على طبيعة الغاز.
- فتعتبر غازات النيتروجين، والأكسجين، والهيدروجين من أمثلة الغازات التي تتميز بانحرافها الضئيل.
- السبب وراء هذا الانحراف يعود إلى ضعف الجاذبية بين جزيئات الغازات عند ارتفاع الضغط والحرارة العادية.
- من بين الغازات الرئيسية التي تظهر انحرافا كبيرا غاز النشادر والكلور؛ نظرا لقوة التجاذب بين الجزيئات.
- السبب الثاني: عند تعرض الغاز لضغط عال، يقل حجمه الإجمالي؛ مما يؤدي إلى تكوين فراغ كبير بين جزيئاته؛ نتيجة تقارب تلك الجزيئات، مما يؤدي إلى تغيير حجمه.
متى يسلك الغاز الحقيقي سلوك الغاز المثالي
يعتمد اختلاف سلوك الغاز الحقيقي عن الغاز المثالي على قانون شارل وقانون بويل، ولكن الدراسات والأبحاث أثبتت أن الغاز الحقيقي يمكن أن يتبع سلوكا مثاليا في الحالات التالية:
- زيادة درجات الحرارة ومقارنتها بدرجة حرارة الغاز المحترقة.
- بالإضافة إلى حالة الضغوط المنخفضة.
ما هو الغاز المثالي
- هو الغاز الذي تنطبق عليه كل قوانين الغازات في ظروف الضغط ودرجة الحرارة المختلفة.
- يتميز بكثافة منخفضة، وهو غاز له قيمة ثابتة عند جميع قيم الضغوط المنخفضة.
- يتم استخدام الغاز المثالي في العديد من المجالات العلمية، حيث يسهم في تسهيل المعادلات الرياضية التي توضح كيفية التحكم في الغاز المثالي ومقارنته بالغاز الحقيقي.
تطبيقات على قانون الغاز المثالي
يبتعد سلوك الغاز الحقيقي عن سلوك الغاز المثالي عند الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة. اكتشف العالم الفيزيائي والكيميائي بويل أول قانون يصف السلوك الخاص للغازات. وفقا لهذا القانون، عندما يتغير الضغط على كمية معينة من الغاز، يتناسب حجمه بشكل عكسي مع الضغط المفروض عليه. وضع بويل هذا القانون بالصيغة الرياضية PV=K، وأصبح واحدا من أهم القوانين المستخدمة في مختلف المجالات. فيما يلي، سنلقي نظرة على التطبيقات الحياتية لقانون بويل
بخاخة الطلاء
- تعتبر بخاخة الطلاء نموذجا على قانون بويل للغاز المثالي.
- فتحتوي البخاخة من الداخل على مادتين.
- المادة الأولى هي مادة الطلاء التي تستخدم بألوان مختلفة.
- المادة الثانية تكون غازا عندما تكون سائلة مضغوطة.
- يعرف الغاز المسال بأنه يغلي عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة الغرفة.
- ولكنه لا يغلي داخل البخاخة بسبب إحكام غلقها.
- عندما يبدأ الشخص بالضغط على البخاخة ويخرج الغاز منها، يحدث تمدد داخلي وزيادة الضغط عليه، مما يؤدي إلى الضغط على مادة الدهان وترتفع وتنطلق إلى الخارج.
زجاجة المياه الغازية
- عندما يهز شخص زجاجة المياه الغازية ويفتحها، نجد أنها تنفجر وتتسرب المياه.
- يمكن تفسير ذلك بأن الغاز الموجود داخل الزجاجة اختلط مع جزيئات السائل نتيجة للرج الشديد.
- عند فتح الزجاجة، تتصاعد الغازات وتتعرض للهواء الطلق وتهرب.
- عند حمل السائل معه، يتسرب خارج الزجاجة بشكل عشوائي مكونا رغوة.
الغوص
- يعد وجود الهيكل الأساسي لجسم الإنسان في مناطق الضغط الطبيعي أمرا هاما.
- زيادة الضغط يؤدي إلى تعرض الشخص للعديد من المشاكل والمخاطر.
- قبل الغوص في أعماق البحار، يجب على المدرب أن يحذر من الصعود بسرعة عالية إلى سطح الماء أثناء العودة، وأن يصعد ببطء وحرص شديد.
- السبب يعود إلى تغير الضغط على الجسم كلما تجه الغواص نحو الأسفل.
- وعند العودة إلى خصائص الغاز المثالي نجد أن زيادة الضغط تؤدي إلى انخفاض الحجم.
- يمتص دم الغواص غاز النيتروجين المنتشر في قاع البحر.
- وأثناء صعود الغواصة، تتمدد جزيئات الغاز داخل جسم الغواص ثم تعود إلى حالتها وحجمها الطبيعي.
- أما عندما يتصاعد بسرعة عالية، تتغير حالة الدم الداخلية للغواص إلى شكل رغوة.
- فإنها تسبب حدوث حالة من الفوضى بين مكونات الدم الأساسية.
- يشعر الغواص في تلك الحالة بآلام شديدة وانحناءات يجب علاجها فور التعرض لها.
ما هو الغاز الحقيقي
- يعرف المتخصصون في العلوم الفيزيائية أن الغاز الحقيقي هو الغاز الذي لا يمكن تغيير خصائصه الخاصة.
- لا يمكن معالجتها بواسطة قوانين الغازات المثالية.
- وهو الغاز الذي لا يخضع لقوانين الغازات في جميع الظروف المتعلقة بالضغط ودرجة الحرارة القياسية.
- تتميز بعض الغازات بسرعة محددة وحجم جزيئاتها وكتلتها.
قارن بين خصائص الغاز المثالي والغاز الحقيقي
تظهر المقارنة في العلوم الكيميائية والفيزيائية الطبيعة الخاصة لكل غاز، ومن خلالها يمكننا التعرف على الغاز والحالات التي تغير حالته، إذ بعد العديد من الأبحاث والتجارب التي أجريت على الغازات المثالية والحقيقية، توصل العلماء إلى بعض الخصائص المميزة
- الغاز المثالي:
- يتميز التصادم بين الجزيئات وبعضها البعض بالمرونة.
- لا توجد قوى جاذبة بين الجزيئات، ولا تنشأ قوى بين جدار الوعاء والجزيئات.
- تتحرك الجزيئات بشكل عشوائي دون أن يتعرضوا لعوامل خارجية تؤثر عليها.
- حجم جزيئات الغاز ليس له قيمة وتكاد تكون غير ملحوظة داخل الحاوية التي يتم وضعها فيها.
- يمكن تبريد الغازات المثالية حتى الوصول إلى الصفر المطلق دون تكاثف الجزيئات وتحولها إلى سائل.
- يعتبر غازا افتراضيا ولا يوجد في البيئة مباشرة.
- الغاز الحقيقي:
- الجزيئات تمتلك حجما محددا بالنسبة للوعاء حتى وإن كان صغيرا.
- تتشكل قوى جذب بين جزيئات الغاز الحقيقي.
- بالإضافة إلى عدم المرونة في التصادمات التي تحدث بينها وبين الحاوية.
- عند تبريد الغاز ينقص حجمه ويتحول إلى سائل قبل الوصول إلى درجة الصفر المطلق.
- واحدة من الغازات الموجودة في الطبيعة والبيئة.
وبعد الإجابة على سؤال حول اختلاف سلوك الغاز الحقيقي والغاز المثالي في ضغط منخفض ودرجة حرارة منخفضة، سنقوم بمقارنة الخصائص الفيزيائية لكلا الغازين في هذه المقالة.
يُمكنكم قراءة المزيد من المقالات حول الغازات عبر الموسوعة العربية الشاملة.
المراجع