من هو العالم بويل

روبرت بويل هو عالم من مواليد 25 يناير 1627 ولد في قلعة ليسمور مقاطعة ووترفورد أيرلندا و توفي في 31 ديسمبر 1691 لندن إنجلترا، بويل شخصية بارزة في الثقافة الفكرية في القرن السابع عشر، اشتهر بكونه فيلسوفًا طبيعيًا لا سيما في مجال الكيمياء لكن عمله العلمي غطى العديد من المجالات مثل الهيدروستاتيكا والفيزياء والطب وعلوم الأرض والتاريخ الطبيعي والكيمياء، تضمن إنتاجه الغزير أيضًا المقالات التعبدية والأخلاقية المسيحية حول اللغة الكتابية وحدود العقل ودور الفيلسوف الطبيعي كمسيحي، رعى العديد من الإرساليات الدينية وكذلك ترجمة الكتاب المقدس إلى عدة لغات، في عام 1660 ، ساعد في تأسيس الجمعية الملكية في لندن.[1]

أهم التطبيقات على قانون بويل

على الرغم من حقيقة اكتشاف قانون بويل للديناميكا الحرارية في منتصف القرن السابع عشر تقريبًا، يمكننا أن نرى تطبيقات قانون بويل في

الحياة

الواقعية بسهولة تامة، ومن أهم تطبيقات لقانون بويل:

لقد رأينا جميعًا حقنة أثناء زيارة الطبيب، هو جهاز طبي يستخدم لحقن أو سحب السوائل، يتكون من أسطوانة مجوفة تسمى برميل ومكبس منزلق متصل بها، مبدأ عمل الحقنة يشبه المضخة الترددية، عندما يتم دفع المكبس سيحقن السائل وعندما يتم سحب المكبس سوف ينسحب السائل، يؤدي دفع المكبس إلى تقليل حجم السائل في البرميل، لذلك يؤدي هذا الانخفاض في الحجم إلى زيادة مؤقتة في ضغط السائل، ويتم حقن السائل في جسم المريض، وبطريقة مماثلة يؤدي سحب المكبس إلى زيادة حجم السائل ينتج عنه انخفاض مؤقت في ضغط السائل ويتم سحب السائل الخارجي.

آليات تنفس الإنسان

الرئتان عضوان مهمان في

الجسم

، يلعبون دورًا حيويًا في الجهاز التنفسي، مع تمدد الرئتين يحدث انخفاض مؤقت في الضغط وبالتالي يكون الضغط داخل الجسم أقل من الضغط الخارجي، ونتيجة ذلك ينزلق الهواء المحيط في الجسم، وهذه العملية تُسمى (الاستنشاق)، عندما تسترخي الرئتان يقل حجم الرئتين، مما يزيد الضغط مؤقتًا بالنسبة إلى الخارج ويزفر الهواء من الجسم وهذه العملية تُسمى (الزفير).

رذاذ الطلاء

في الهباء الجوي مثل الدهانات البخاخة أو مزيلات العرق، عادة ما يكون هناك مكونان داخل العلبة أي المنتج السائل الأساسي مثل الطلاء أو العطور، وغاز محكم الإغلاق ومحفوظ في حالة ضغط عالٍ بحيث يتم الاحتفاظ به في حالة سائلة عند نقطة الغليان، والتي عادة ما تكون أقل من درجة حرارة الغرفة، عندما تضغط على فوهة علبة الهباء الجوي، يتم فتح مانع تسرب الغاز السائل مما يقلل الضغط ويمنحه طريقًا للهروب، يبدأ الغاز في الغليان على الفور ويتحول إلى غاز ذي حجم متزايد ويدفع العطر أو الطلاء من العلبة في إطار جهوده للانتقال إلى منطقة ذات ضغط أقل، وينطلق الرزار، يمكن رؤية هذا المبدأ نفسه في طفايات الحريق أيضًا.

علب و زجاجات الصودا

ربما لاحظت أنه عندما يفتح شخص ما علبة أو زجاجة صودا، يتم فتح الغطاء ببطء مما يسمح للغاز الموجود بالداخل بالهروب بمعدل متحكم فيه، هذا لأن فتح الزجاجة بسرعة كبيرة يؤدي إلى فوران المشروب بشكل مفرط وانسكابه خارج الزجاجة، تتضمن عملية كربنة الصودا دفع ثاني أكسيد الكربون من خلال ضغط كبير داخل

الماء

وتقليل حجمه، لذلك عندما يتم فتح الغطاء ببطء يقل الضغط على الغاز الموجود في الصودا، ويُسمح له بالتمدد تدريجياً والهروب من الزجاجة، مما ينتج عنه فوران لذلك عندما يتم رج عبوة أو زجاجة صودا، يختلط الغاز الإضافي الموجود أعلى الزجاجة مع السائل، وعندما يتم نزع الغطاء تتمدد فقاعات الغاز سريعًا بينما لا تزال في السائل، وعندما يحاول الغاز

الهروب

من الزجاجة يدفع السائل معه مما يتسبب في حدوث انسكاب فوضوي.

ومثال على ذلك: إذا اشترى شخص ما كيسًا من الرقائق المنفوخة بالكامل من متجر على قمة جبل فمن المحتمل أن تنفجر علبة الرقائق أو تتسرب الغاز بمجرد وصول الشخص إلى قاع الجبل، يحدث هذا لأن ضغط الهواء في قمة الجبل أقل منه عند قاعدته مما يسمح للغاز بالتمدد في الحجم والانفجار.

الغطس أو الغوص

من المعروف بين الغواصين أنه عند محاولة الخروج من المياه العميقة من الضروري للغاية أن يكون الصعود بطيئًا للغاية، هذا لأنه عندما يتحرك الغطاس بشكل أعمق تحت الماء يبدأ الضغط على الجسم في الزيادة، نتيجة لذلك ينخفض حجم غاز النيتروجين ويتركز في مجرى

الدم

، عندما يبدأ الغواص

رحلة

عودته إلى السطح ينخفض الضغط وتبدأ فقاعات النيتروجين في الجسم بالتمدد والعودة إلى حجمها الطبيعي

إذا لم يصعد الغواص ببطء أو استخدم غرفة إزالة الضغط سوف تعود فقاعات النيتروجين إلى حجمها الطبيعي بسرعة كبيرة، وسيتحول الدم إلى رغوة، غالبًا ما يتسبب هذا في تمزق الأوعية الدموية والمثانة والخلايا والأغشية المخاطية، ويتسبب في تمدد الفراغات بين مفاصل الغواصين مما يتسبب في انحناء الغواص ويعاني من ألم شديد، هذا هو سبب موت أسماك المياه العميقة عند إحضارها إلى السطح، لذلك من المهم تنظيم حجم النيتروجين وفقًا لقانون بويل، من خلال ضبط الضغط.

إطارات

السيارة

أثناء ملء الهواء في إطار السيارة ستلاحظ أن ضغط الهواء يظل عند حوالي 30 – 35

رطل

لكل بوصة مربعة (قوة باوند لكل بوصة مربعة)، عندما تدفع الهواء داخل الإطار يؤدي الضغط المتزايد إلى تقليل حجم جزيئات الهواء عن طريق تجميعها معًا، يجب أن يكون الضغط في المضخة دائمًا أعلى من الضغط الموجود داخل الإطار حتى يتم دفع المزيد من الهواء للداخل، نظرًا لأن درجة حرارة الهواء ثابتة إلى حد ما في تلك الفترة الزمنية، يمكن رؤية مثال حقيقي عن قانون بويل يحدث أمامك.

لماذا يستخدم الزئبق في قانون بويل

الزئبق على عكس الجلسرين أو الزيت غير لزج وعلى عكس الماء فهو غير لاصق (متماسك)، لذلك يتدفق بسهولة ولا يلتصق بجوانب الحاوية، أيضًا يتم قياس الضغط على أنه P = hρg حيث (h) هي ارتفاع السائل و (p) هي الكثافة النسبية (الجاذبية النوعية) للسائل و (g) هي التسارع بسبب الجاذبية، وهذا يعني أن (h) يتناسب عكسياً مع الكثافة.

تبلغ الكثافة النسبية للزئبق 13.56 مما يعني أنه أكثر كثافة من الماء 13.56 مرة، وبالتالي يرتفع إلى ارتفاع 13.56 مرة أقل من الماء في جهاز بويلز يرتفع الزئبق في جهاز بويل إلى 760 مم عند مستوى سطح

البحر

(وبالتالي الضغط الجوي = 760 ملم زئبق)، بطريقة أخري إذا تم استخدام الماء بدلاً من الزئبق فسوف يرتفع إلى 10305.5 مم مما يتطلب مثل هذا الجهاز الطويل والمرهق والذي بسبب الأسباب المذكورة أعلاه سوف يكون أقل دقة أيضًا.

تطبيق قانون بويل في الصناعات

تخزين الغازات:

تخزن العديد من الصناعات الغازات تحت ضغط عالٍ، هذا يسمح بتخزين الغاز في حجم منخفض، مما يوفر الكثير من مساحة التخزين، و هذا شائع في محطات الغاز الطبيعي المضغوط.
استخدام محركات الاحتراق الداخلي:

تستخدم العديد من الصناعات محركات الاحتراق الداخلي في مصانعها لأغراض الإنتاج، عند زيادة قوة هذا المحرك يتم خلط الوقود بالهواء ويتم ضغطه بواسطة مكابس المحرك، عندما يكون خليط الوقود والهواء تحت ضغط مرتفع يتم إشعاله ويزيد الانخفاض المفاجئ في الضغط من حجم الهواء، ويدفع المكبس إلى داخل الأسطوانة، تتكرر هذه العملية باستمرار مما يخلق طاقة هائلة لتشغيل الجهاز.[2]