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 .
تكتشف القوانين الأساسية الثلاث للغاز العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة والحجم وكمية الغاز، ويخبرنا قانون بويل أن حجم الغاز يزداد عندما ينخفض الضغط، ويخبرنا قانون تشارلز أن حجم الغاز يزداد مع زيادة درجة الحرارة، ويخبرنا قانون أفوجادرو أن حجم الغاز يزداد مع زيادة كمية الغاز، وقانون الغاز المثالي هو مزيج من القوانين الثلاثة الأساسية للغاز .
قوانين الغازات المثالية
تُعدُّ قوانين الغازات المثالية المادة النظرية التي تساعد في تحديد العلاقة بين أربع متغيرات للغاز وهي الضغط P والحجم V وكمية الغاز n ودرجة الحرارة T، وتتميز هذه القوانين بصفاتٍ موصوفة كالتالي:
- تتميز الجزيئات الموجودة في الغاز بصغر حجمها للغاية، وبالتالي فإنها لا تعمل في أي فراغات .
- يعتبرُ الغازُ المثاليُّ لهُ حركةً ثابتةً وعشوائيةً ومستقيمةً، ولا يوجدُ قوى بينَ جزيئاتِ الغازِ حيثُ تصطدمُ الجسيماتُ بمرونةٍ مع بعضِها البعضِ ومع جدرانِ الحاويةِ، ولدى الغازِ الحقيقيِّ يعتبرُ لهُ حجمٌ حقيقيٌّ وليسَ مرنًّا وذلك عكسَ الغازِ المثاليِّ .
- ذلك يرجع إلى وجود قوى جذب بين الجسيمات، مما يؤدي إلى زيادة حجم الغاز الحقيقي بشكل كبير عن حجم الغاز المثالي وانخفاض ضغط الغاز الحقيقي مقارنة بضغط الغاز المثالي. تميل جميع الغازات الحقيقية إلى أداء سلوك الغاز المثالي عند ضغط منخفض ودرجة حرارة نسبيا عالية. يعبر معامل الانضغاطية Z عن مدى اختلاف الغازات الحقيقية عن سلوك الغاز المثالي .
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
القانون يشير إلى أن الغاز في الحالة المثالية وعند ثبات حجمه يتناسب طرديا 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، وذلك بافتراض ثبات درجة الحرارة وكمية الغاز .
قانون شارل
عند الضغط الثابت ورفع درجة حرارة الغاز، يزداد حجمه، وعند خفض درجة الحرارة مع الحفاظ على الضغط الثابت، يقل حجم الغاز، وهذا يظهر بوضوح في تطبيقات العديد من قوانين شارل في حياتنا اليومية .
القانون العام للغازات أو القانون المجمع
يتم الحصول على هذا القانون عن طريق قانون بويل، وقانون شارل، وقانون جاي-لوساك، حيث يحدد القانون العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة لكتلة غاز معينة وثابتة .
قانون أفوكادو
ينص القانون على أن حجم الغاز يتناسب طرديًا مع عدد جزيئات الغاز .
قانون الغاز P1V1 = P2V2 = x عند P3
حجم عينة الغاز هو 17.50 مل عند ضغط جوي يبلغ 4.500.
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 .
أهمية قوانين الغاز في الحياة اليومية
تُعَدُّ قوانين الغاز مهمة في الحياة اليومية بشكل عام، فقد نجد أن قانون بويل ينص على أن العلاقة بين الحجم والضغط تكون عكسية متناسبة عندما تظل درجة الحرارة ثابتة، ومع انخفاض الحجم يزداد الضغط، وبالتالي 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 .
تصبح النسبة متناسبة بشكل عكسي، ويجب على الشخص تقليل الكمية بينما يمكن أن يزيد الآخر، ويتم سحب السائل إلى المحقنة لتوازن الضغط ويجعله مساويًا للضغط خارج المحقنة .
عندما نقوم بفرقعة بالون، نحاول تقليل كمية الهواء المحبوس داخل الحاوية، مما يؤدي إلى زيادة الضغط على النظام. عندما يزيد الضغط على البالون، يقلل من الحجم مما يجعل النظام غير متناسب ومجهد بشكل كبير، ويجب أن ينفجر لموازنة النظام. يحدث الشيء نفسه عندما يتم ملء البالون بشكل زائد عن المعتاد، مما يضع ضغطا كبيرا حيث يتجاوز الحجم الذي يمكن للحاوية تحمله، ويوضح ذلك أهمية الغازات في حياتنا
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 ارتفاع سريع للضغط خلال إقلاع الطائرة، يمكن أن يحدث تراكم للضغط في الأذن بزيادة الحجم، وهذا يتعارض مع قانون بويل، ولتخفيف هذا الضغط يجب أن تبتلع بقوة لتحرير بعض الضغط من خلال فتحة في حلقك والتي تساعد علىتحقيق توازن الضغط داخل وخارج الأذن .
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 .
خصائص الغازات
يتمتع الغاز بخصائص متعددة ومتنوعة، حيث تكون كثافته أقل من الحالات الأخرى للمادة، مثل الحالة السائلة أو الصلبة، وهو معروف .
تتغير شكل وحجم الغيوم الرعدية باستمرار، وتحتوي على مساحة فارغة كبيرة بين الجزيئات، مما يجعلها تمتلك الكثير من الطاقة الحركية .
تتحرك الغازات بسرعة فائقة وتتصادم مع بعضها البعض، مما يسمح لها بالانتشار بسرعة في جميع أنحاء المكان الموجود بها.
تمنع الغازات الانتشار إلى الجزيئات التي تحمل كميات ميكانيكية تشمل الكتلة والطاقة .