الغاز
الغاز هو أحد حالات المادّة الثلاث وهي الصلبة، والسائلة، والغازيّة، ويتميّز بقابليته للسيلان والسريان وتغيير شكله حسب المكان الذي يوضع فيه، وعلى عكس السوائل فإنّ حجم الغازات غير ثابت. وتختلف الغازات عن بعضها البعض بالكثافة، واللزوجة، والكتلة، حيث أنّ لكل غاز خصائص تميّزه عن غيره، ويُطلق على الغازات والسوائل معاً اسم الموائع.
مفهوم ضغط الغاز
يُمكن تفسير مفهوم ضغط الغاز بمتوسّط القوّة الواقعة على وحدة المساحة. ويوجد للغاز ضغطٌ سواء كان غازاً مضغوطاً أو موسعاً، ويُقاس الضغط بوحدتي البار والباسكال، وتعتبر البار الوحدة الأكثر استخداماً لقياس الضغط، ويُمكن التحويل بين الوحدتين من خلال العلاقة الخطيّة، وهي: 1 بار= 100.000باسكال. ويُرمز لضغط الغاز بالرمز P، نسبةً للكلمة الإنجليزية pressure.
أمّا الضغط الجوي أو ضغط الهواء فيعبّر عن وزن عمود من الهواء على وحدة المساحة بارتفاع يساوي سمك الغلاف الجوي، وتبلغ قيمة الضغط الجوي 1.0132 بار عند مستوى سطح البحر، ويبدأ بالتناقص كلّما ارتفعنا عن مستوى سطح البحر.
قوانين الغازات
هناك مجموعةً من القوانين الخاصّة بالغازات والتي توضّح العلاقة بين درجة حرارة الغاز، وضغطه، وحجمه، وتم اكتشاف هذه القوانين واستنتاجها في بداية القرن التاسع عشر، وهي:
- قانون بويل: والذي يصف العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه، وينص على أنّه: عند درجة حرارة معيّنة، فإنّ ضغط مقدار محدد من الغاز يتناسب تناسباً عكسياً مع حجم الحيز الموضوع فيه. ويمكن تمثيل العلاقة رياضياً بالآتي: P1V1=P2V2.
- قانون شارل: والذي يصف العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته، وينص على أنّ: حجم مقدار محدد من الغاز الواقع تحت ضغط محدد يتناسب تتناسب طردياً مع درجة الحرارة. ويمكن تمثيل العلاقة رياضياً باآىتي: V1/T1=V2/T2.
- قانون غايلوساك: والذي يصف العلاقة بين ضغط الغاز ودرجة حرارته، وينص على أنّه: في حالة وضع كمية من الغاز في وعاء مغلق لديه حجمق ثابتٌ فإنّ ضغط الغاز يتناسب تناسباً طردياً مع قيمة درجة الحرارة. ويمكن تمثيل العلاقة رياضياً بالآتي: P1/T1=P2/T2.
ضغط الغاز المثالي
إنّ الغاز المثالي هو نموذجٌ فيزيائيٌ ثيرموديناميكي لسلوك المادّة في حالتها الغازيّة، حيث يفترض الغاز المثالي عدم وجود تفاعلٍ بين جزيئات الغاز نفسه، لذلك يعتبر مثالياً لوصف الغازات ذات الكثافة المنخفضة، ويمكن تطبيق خصائص وقوانين الغاز المثالي على الغازات النبيلة كالهيليوم، والنيون، والأرغون؛ لأنّها لا تكوّن جزيئات منفردة، وبما أنّ جزيئات الغاز المثالي لا تمتلك حجماً ولا تتفاعل فيما بينها فإنّ ضغطها يتناسب تناسباً خطيّاً مع الحجم ودرجة الحرارة وعدد المولات، حسب قانون ضغط الغاز المثالي الآتي: P=nRT/V؛ حيث إنّ:
- p: يمثّل قيمة ضغط الغاز.
- n: يمثّل كمية المادة بالمول.
- T: يمثّل قيمة درجة الحرارة بوحدة الكلفن.
- V: يمثّل مقدار حجم الغاز.
- R: يمثّل الثابت العام للغازات.
