نشأة القانون العام للغازات

تم إنشاء القانون العام للغازات في أوائل القرن 16 لمساعدة العلماء في العثور على الأحجام والكمية والضغوط ، ودرجة الحرارة عند الحديث عن مسائل الغاز ولقد توصل العلماء لإجابة السؤال التالي ، وهو ما هو المتغير الذي يبقى ثابتًا عند استخدام القانون العام للغازات ؟

تتكون قوانين الغاز من ثلاثة قوانين أساسية وهي كالتالي:

قانون تشارلز .
وقانون بويل .
وقانون أفوجادرو .
ولقد دمجت جميع

قوانين الغازات

في معادلة الغاز العامة ، وقانون الغاز المثالي . [1]

نتيجة قوانين الغاز الأساسية

تكتشف قوانين الغاز الأساسية الثلاثة بما فيها ،

تطبيقات على قانون الغاز المثالي

العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة والحجم وكمية الغاز .
فقانون بويل يؤكد أن حجم الغاز يزداد كلما انخفض الضغط ، وقانون تشارلز يخبرنا أن حجم الغاز يزداد مع زيادة درجة الحرارة .
أما قانون أفوجادرو فيخبرنا أن حجم الغاز يزداد بزيادة كمية الغاز .
أما قانون الغاز المثالي فهو مزيج من قوانين الغاز الثلاثة البسيطة وحدد حينها ما هو المتغير الذي يبقى ثابتًا عند استخدام القانون العام للغازات ؟ [1]

ما هو المتغير الذي يبقى ثابتًا عند استخدام القانون العام للغازات

فلقد أظهرت التجربة أن العديد من خصائص الغاز يمكن أن ترتبط ببعضها البعض في ظل ظروف محددة فالخصائص هي الضغط (P) والحجم (V) ودرجة الحرارة (T بالكلفن وكمية المادة المعبر عنها في الموالاة (n) .

ما نتج هو أن عينة من الغاز لا يمكن أن تحتوي على أي قيم عشوائية لهذه الخصائص عوضا عن هذا ستحدث قيم معينة فقط تمليها بعض العلاقات الرياضية البسيطة .

فقانون الغاز المثالي ركز قوانين الغاز التي استخدمها على تغيير خاصية ، أو أكثر من خصائص الغاز مثل حجمه ، أو ضغطه أو درجة حرارته .

فهناك قانون غاز واحد يربط بين جميع الخصائص المستقلة للغاز تحت أي حالة محددة عوضا عن تغيير الظروف ، ويسمى قانون الغاز هذا قانون الغاز المثالي .

P1 × V1 = P2 × V2 .
حيث P هو الضغط، وV هو حجم الغاز
حيث P هو الضغط، وV هو حجم الغاز ، ثم بعد ذلك جاء قانون تشارلز استنتج العلاقة الرياضية الآتية :
V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2
حيث V هو حجم الغاز ، وT هي درجة الحرارة المطلقة للغاز .
ثم وجد قانون الضغط من قبل جوزيف لويس الذي استنتج العلاقة الرياضية التالية :
P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2
حيث P هو الضغط، وT هي درجة الحرارة المطلقة للغاز .

وبعد ذلك تم افتراض قانون أفوجادرو الذي نستنتج الآتي :

V1 ÷ n1 = V2 ÷ n2
حيث n يساوي عدد جزيئات الغاز .
ثم تم استنتاج القانون العام للغازات من خلال جميع القوانين السابقة ، واستنتج ما يلي:
(T2) ÷ (P2 × V2) = (T1) ÷ (P1 × V1)

ومع إضافة قانون أفوجادرو يتطور قانون الغاز المدمج إلى قانون الغاز المثالي :

P V = n R T
فالمتغير الذي يبقى ثابتًا عند استخدام القانون العام للغازات ، هو إن المتغير الذي يبقى ثابتاً عند استخدام القانون العام للغازات ، هو ثابت الغازات العام والذي يرمز له بالرمز R ، حيث إن ثابت الغاز العام هو ثابت فيزيائي يستخدم في دراسة خواص الغازات ، وفي الواقع إن هذا الثابت يربط بين مقياس الطاقة في الفيزياء ، ومقياس درجة الحرارة كما إن ثابت الغاز المثالي هو مزيج من قانون بويل ، ورقم أفوجادرو وقانون تشارلز وقانون جاي لوساك ، وبالتالي يمكن إعطاء قيمة ثابت الغاز R بالرقم 8. 314472 جول لكل كلفن لكل مول . [2]

تطبيقات قانون جاي لوساك

لقد عرفنا ما هو المتغير الذي يبقى ثابتًا عند استخدام القانون العام للغازات ؟ أما عن

تطبيقات قانون جاي لوساك

هي كالتالي :

تمزق قدر الضغط وعلبة الهباء الجوي والإطار ، وتنفجر كل هذه المواد عند تعرضها لدرجات حرارة أعلى فيشرح قانون جاي لوساك السبب العلمي وراء الانفجار .

وقانون جاي لوساك هو القانون الذي ينص على زيادة ضغط الغاز مع ارتفاع درجة حرارته أو العكس .

نشر جاي وساك نتائجه التجريبية في 1808م ، والتي أظهرت العلاقة المباشرة بين الضغط ، ودرجة حرارة كمية ثابتة من الغاز عند حجم ثابت.

بعض تطبيقات الحياة الواقعية للقانون هي كالتالي :

طنجرة الضغط

فعندما يتم توفير الحرارة في الطنجرة يتبخر الماء الموجود داخل الطنجرة ، وينتج البخار ويتم إطلاق البخار بشكل دوري من خلال صمام للحفاظ على ضغط التشغيل داخل القدر .

وإذا تعطل الصمام ، ولم ينقطع تدفق الحرارة فإن الضغط داخل القدر يتصاعد وتعود الزيادة في الضغط إلى قانون جاي-لوساك ، أي أن ضغط كمية ثابتة من الغاز يزداد ، مع درجة حرارته عند حجم ثابت ، وقد يؤدي هذا الضغط المرتفع إلى تمزق البوتاجاز وقد يؤدي إلى وقوع حادث مؤسف .

علبة رذاذ

فعلب الأيروسول أو البخاخات عبارة عن أجهزة تنشر رذاذًا ، أو معلقًا للجسيمات الصلبة الدقيقة ، أو قطرات السائل في الهواء ، وعندما يتم فتح صمام هذه العلبة المعدنية يتم إخراج الغاز الموجود داخلها لتشكيل ضباب ، أو رذاذ وأحد مكونات علبة الأيروسول ، هو مادة دافعة ويتكون الوقود الدافع من مركبات عالية التطاير يتم تسييلها بضغط عالٍ ، ويعطيه الدافع قوة دفع للمكونات الأخرى الموجودة في البخاخ عند فتح الصمام فانفجار علبة الهباء الجوي ، هو مثال على قانون جاي لوساك .

وعندما تتعرض علبة الهواء الجوي لبيئة حارة ، تتبخر المادة الدافعة فتمارس هذه الغازات المتبخرة الضغوط على جدار الزجاجة ، ويزداد الضغط على الحائط مع زيادة درجة الحرارة ، وفقًا لقانون جاي لوساك في النهاية تنفجر العلبة عندما يصبح الضغط غير محتمل ، وهذا هو السبب في أنه يوصى بإبقاء علب الهواء الجوي بعيدًا عن الحرارة .

إطار العجلة

في أيام الصيف الحارة جدا قد تنفجر إطارات السيارات المنتفخة ، وانفجار الإطارات ناتج عن قانون جاي لوساك، فالإطارات المنفوخة تحت ضغط مرتفع ، وعندما ترتفع درجة حرارة الهواء يزداد ضغط الغاز في الأنابيب ، وبعد هذه النقطة التي لا تطاق تنكسر الإطارات .

وانفجار الإطارات في أيام الصيف الحارة ، هو مثال على قانون جاي لوساك .

سخان الماء

سخان الماء الكهربائي مشابه لطباخ الضغط فهو يقوم بتسخين الماء البارد بواسطة خيوط التسخين الموجودة داخل هذا السخان ، ويتم إطلاق الماء الساخن المتولد من خلال فوهة المخرج وبعدها تنظم السخانات الكهربائية الحديثة درجة حرارة الماء تِلْقَائِيًّا ، وعند تعطل النظام وصمام تخفيف الضغط يتولد البخار عن طريق مصدر طاقة مستمر ، فهذا البخار يمكن أن يتلف السخان ، وإذا تجاوز ضغط البخار الحد المسموح به ، فقد ينفجر السخان بسبب البخار المنبعث . [3]