صف ما يحدث لجزيئات الغاز عند تسخينه

الغاز

الغاز هو أحد أشكال المادة، ويطلق عليه مصطلح الموائع، ويطلق على السوائل أيضاً، لما لها من صفاتٍ مشتركة، مع وجود بعض الإختلافات بينها، فالغاز والسائل يأخذ شكل الوعاء الموضوع فيه، لكن الغاز يشغل كل الحيّز في الوعاء، أي يتغير شكله وحجمه بحسب الوعاء، أمّا السائل فيبقى حجمه ثابتاً، ويتغير شكله، وهذا ما يطلق عليه بصفة السريان الخاصّة بالموائع.

الحالة الغازيّة وارتفاع الحرارة

تغيّر درجة الحرارة مع ثبات الحجم

عند رفع درجة حرارة الغاز، فإن جزيئات الغاز تمتلك طاقة أعلى من سابقتها عند درجة حرارة أقل، مما يزيد من سرعة هذه الجزيئات في الحيّز الذي تشغله، فتزيد عدد مرات التصادم بينها في الثانية، وبالتالي يتشكل ضغط أكبر على جدران الوعاء الذي يحويه، مما يعني علاقةً طرديةً بين درجة حرارة الغاز، وضغطه، مع ثبات الحجم، أي أنه كلما زادت درجة حرارة الغاز، يزداد ضغطه، والعكس صحيح، أي أنه عند تخفيض درجة حرارة الغاز، تقل سرعة جزيئاته، فيقل عدد تصادمات جزيئاته في الثانية الواحدة، مما يقلل ضغط الغاز. ويُعبرُ عن علاقة درجة حرارة الغاز، مع ضغطه بقانون غاي-لوساك، والذي معادلته: P1\T1= P2\T1

• حيث P1 هي ضغط الغاز عند درجة الحرارة الأولى.
• P2 هي ضغط الغاز عند درجة الحرارة الثانية.

تغيّر درجة الحرارة مع ثبات الضغط

عند رفع درجة حرارة الغاز، تزداد سرعة جزيئاته كما أسلفنا بالذكر، لكن الإختلاف هنا أنه لم نثبت الحجم، فيكون هناك مجالٌ للجزيئات بالتحرك بسهولة، والابتعاد عن بعضها، فتصبح المسافة بين جزيئات الغاز أكبر، فيشغل حيّزاً أكبر، مما يعني أن حجمه يكبر، إذن العلاقة بين تغير درجة حرارة الغاز وحجمه علاقةٌ طرديّة، فعند زيادة درجة الحرارة الغاز يزداد حجمه، والعكس صحيح، فعند تخفيض درجة حرارة الغاز، تقل طاقة الجزيئات، فتصبح المسافات بينا أقل مما يقلل من حجم الغاز. ويُعبرُ عن علاقة درجة حرارة الغاز، مع حجمه بقانون شارل، والذي معادلته: V1\T1= V2\T2

• حيث V1 هي حجم الغاز عند درجة الحرارة الأولى.
• V2 هي حجم الغاز عند درجة الحرارة الثانية.

يمكن جمع القانونين بعلاقة واحدة، إضافة لقانون يويل الذي يوضح علاقة ضغط الغازالعكسيّة مع حجمه عند ثبوت درجة الحرارة، فيما يسمى القانون المجمع للغاز: V1*P1\T1= V2*P2\T2

تلعب هذه القوانين دوراً هاماً في علم الديناميكا الحراريّة، إلى جانب قانون الغاز المثاليّ، مما يساعد في ايجاد الحسابات للعديد من التطبيقات في حياتنا اليوميّة.