ما وحدات الحرارة في معادلة قانون الغاز المثالي

ما وحدات الحرارة في معادلة قانون الغاز المثالي

هذا هو أحد الأسئلة الهامة الموجهة لطلاب مادة الفيزياء في المملكة العربية السعودية، والذين يجدون صعوبة كبيرة في الإجابة عليه، على الرغم من أنه من الأسئلة ذات الإجابات السهلة، إذ أنه سؤال مباشر وإجابته بسيطة، ولذلك سنقدم في هذه المقالة على موقع موسوعة إجابة عن سؤال ما هي وحدات الحرارة في معادلة قانون الغاز المثالي

• وحدة الحرارة المتفق عليها دوليا في قياس ناتج معادلة قانون الغاز المثالي هي وحدة الكلفن والتي يرمز إليها بالحرف ك.
• تم تسمية وحدة قياس الحرارة الدولية بهذا الاسم تيمنا بالعالم الفيزيائي ويليام كلفن.
• تم اختراع هذه الوحدة من قبل الشخص الذي يتم تعريفها فيزيائيا بأنها قيمة تساوي 1.380 649×10−23 كيلوغرام.
• ينشأ الكلفن نتيجة لتغير درجة حرارة الحرارة الخاصة بالجسم، ولذلك تحتوي المعدلات الحرارية على ذلك.
• ترمز بعض الرموز الهامة إلى ضغط الغاز وترمز له بالحرف p، وتشير الحرف v إلى حجم الغاز.
• وعدد المولات الخاصة بالغاز الداخل في التفاعل يرمز له بالحرف n، أما ثابت الغازات العام فيرمز له بالحرف R.
• بالنسبة لدرجة الحرارة المطلقة، يرمز إليها بالرمز T، وجميع هذه الرموز تستخدم في حساب الكلفن.
• لذلك لا يعد الكلفن درجة كالدرجات المئوية بل هي وحدات قياس ضخمة وذات قيمة في العلوم الفيزيائية.
• بعد أن نعرف وحدات الحرارة في معادلة قانون الغاز المثالي وهي الكالفن.
• تم ترقية الكلفن من درجة إلى وحدة في عام 1967 بسبب عدم ارتباط قيمتها.
• بأي نقطة مرجعية عشوائية مثل تلك التي تحتوي عليها مقياس السيليزيوس ومقياس فهرنهايت.
• لذلك، يعتبر الكالفن وحدة قياس مطلقة في مجال الفيزياء.
•  إذا كنا نرغب في الاطلاع على الجذور، فقد ظهر الكلفن لأول مرة في الورقة البحثية التي قدمها ويليام كلفن.
• والتي تناولت في مضمونها المقياس الحراري المطلق الذي يحتاج إلى الوصول إليه ليعم الفائدة على علم الفيزياء.
• وقد تم تحديد الكلفن كوحدة يعادل صفرها 273 درجة مئوية وهو ما يعرف بالصفر المطلق للوحدة.
• وقد سمي في العصر الحالي هذا المقياس لدرجة الحرارة بـ”كلفن” من قبل العلماء.

القانون العام للغازات المثالية

• هو قانون الغاز المثالي ويعرف أيضا بمعادلة الغاز العامة التي تسعى لتوصيفه.
• حالة الغاز المثالية الافتراضية، وهدف القانون فيها هو دراسة سلوك الغازات المختلفة.
• وكيفية التعامل مع درجات الحرارة المنخفضة والعالية في ظل تأثير العوامل الخارجية الأخرى.
• ظهر هذا القانون لأول مرة في عام 1834 في فرنسا، وتحديدا بواسطة العالم الفرنسي بينوا كلابيرون في مقدمة الفيزياء.
• الذي عمل على دمج قانون بويل التجريبي وقانون تشارلز وقانون أفوجادرو وقانون جاي لوساك.
• لأنه تم اكتشاف أن دمج هذه القوانين معا ينتج قانون الغاز المثالي، وهو PV = nRT.
• وهو يعني مجموع ضغط الغاز مضروبا بحجمه يساوي مجموع ضرب مولات الغاز في ثابت الغاز العام في درجة الحرارة المطلقة.
• هذا القانون يطبق فقط على الغازات المثالية أو الغازات التي تتصرف بشكل مشابه للغازات المثالية.
• لأن في المجال الكيميائي والفيزيائي ليست جميع الغازات مثالية، بل تعد الغازات المثالية هي الفئة الأصغر حجما.
• من الصعب تطبيق هذا القانون على الغازات الأخرى بسبب تجاهله لحجم الجزيئات والتفاعلات الجزيئية.
• وهنا يأتي السؤال عن وحدات الحرارة في معادلة قانون الغاز المثالي لتكون وحدة الكلفن هي الوحدة المثالية لقياس هذا القانون.
• لهذا السبب يعتبر هذا القانون هو القانون المثلى للتعامل مع الغازات الأحادية ولاسيما عند تحريضها.
• في حالة ارتفاع درجات الحرارة جدا ووجود ضغط جوي منخفض جدا، يصبح عدم وجود تعريف محدد.
• حجم الجزيء للغاز غير مهم في القانون بوجود الكثافة المنخفضة، لأن الغازات تكون ذات حجم كبير.
• عندما يتعرض الضغط للانخفاض، يكبر المسافة بين الجزيئات وتصبح أكبر من حجمها الجزيئي.
• أيضا، يقل اهتمامه النسبي مع زيادة حجم الطاقة الحركية الحرارية وزيادة درجة الحرارة.
• ومن خصائص قانون الغاز المثالي هو وجود فرق بين الغازات الحقيقية والغازات المثالية.
• لأن كلاهما يتأثر بنفس التأثير عند التعرض لضغط واحد وتركيب واحد.

تطبيقات على قانون الغاز المثالي

• بمجرد التعرف على وحدات الحرارة في معادلة قانون الغاز المثالي وهي الكلفن.
• يمكننا الآن فهم التطبيقات الفيزيائية لقانون الغاز المثالي والتي تكون وحدتها الكلفن.
• ومن أهم هذه التطبيقات هي العملية الحرارية الديناميكية، حيث يتحول الغاز فيها من الحالة الأولى إلى الحالة الأخرى.
• الحالة رقم 2 تكون الحالة المنخفضة من الرمز الثاني.
• الغازات ذات الضغط المتساوي هي إحدى العمليات الديناميكية الحرارية.
• والتي يكون فيها الضغط في الحالة الصفرية ولا يرتفع أبدا ، فإن التفاعل يعتمد على الحرارة المنقولة.
• يوجد تطبيق لعملية إيزوكوريك، وهي العملية المعروفة أيضا بالعملية المتوازنة والتي تحتوي على تفاعلات في النظام.
• هذه التفاعلات تبقى ثابتة وتحدث داخل النظام المغلق أي أنها تحدث داخل أماكن محكمة الإغلاق.
• تستخدم لتسخين أو تبريد الأجسام بدرجات حرارة مرتفعة، كما يجب أن يكون المكان الذي تتواجد فيه الأجسام مستقرا وغير مرن.
• ويطلق على هذا النظام اسم نظام العزل، وإذا تعرض لأي تغيير، ستحدث تشوهات في الغازات والأجسام الموجودة.
• أما العمليات ذات التساوي في الحرارة، فهي العمليات التي تحدث في الماكينات ذات التنظيم العالي.
• وهذه العملية تحدث أيضا داخل الخلايا الحية بشكل مستمر لتساهم في انقسام الخلايا والحفاظ على درجة حرارة الأجسام.
• من الناحية الميكانيكية، تستخدم المحركات الحرارية لتوزيع الحرارة بالتساوي داخل الأجسام.
•  لتطبيق قانون الغاز المثالي ومعرفة وحدات الحرارة في معادلة قانون الغاز المثالي لهذه الحالة.
• يجب دراسة جميع العوامل الداخلية والخارجية التي تؤثر في التفاعل الديناميكي.
• ثم يتم تغيير درجة الحرارة المعتادة بعدها لاستكشاف سلوك الأجسام في درجات حرارة مختلفة.
• هذه العمليات هي العمليات الرئيسية لدراسة سلوك غازات الحالة المثالية حيث يحافظ الغاز المثالي على طاقته الداخلية بكمية ثابتة.
• تستند أساسا إلى درجة حرارة الغاز نفسه، لذلك عند دخولها في عمليات متساوية الحرارة، تكون طاقة الغاز ثابتة ولا تتغير.
• يوجد أيضا العملية الثابتة والتي تتم دون أي تغيير في الحرارة العامة ولا الحرارة النوعية.
• وفي هذه العملية، تنقسم إلى بيئة التفاعل التي تحتوي على عملية التدفق الثابت، ويدخلها أيضا جهاز التحكم.
• لكن كل ما ليس له داع هو المحيط الخاص بالعملية التي يتم فيها التفاعل بدون تغيير في الطاقة الحركية للغازات.

وبهذا نكون قد تحدثنا عن كل ما يخص سؤال ما وحدات الحرارة في معادلة قانون الغاز المثالي على أن تجدوا كل جديد على موسوعة

• يتباعد سلوك الغاز الحقيقي عن سلوك الغاز المثالي عند الضغط المنخفض
• تتناسب التدفق المغناطيسي عبر وحدة المساحات طرديا معا
• ما الذي يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية؟
• ما الذي يسبب انحراف مؤشر الجالفانومتر؟ (إجابة السؤال)

المراجع

1

2

3