الضغط
يُعرّف الضغط بصورة عامة بأنه وزن عمود الهواء الذي يؤثر على وحدة المساحة. يُقاس الضغط بوحدة الباسكال، وهو مرتبط بعدة عوامل تؤثر على ضغط الغاز بشكل طردي أو عكسي. وقد أجرى العديد من العلماء دراسات حول ضغط الغازات، وأبرز هؤلاء العلماء هم روبرت بويل، وجاكي شارل، وجوزيف لويس غاي لوساك.
العوامل المؤثرة على تغير ضغط الغاز
تعرّف الغازات بأنها مجموعات من الذرات أو الجزيئات التي ترتبط ببعضها البعض بسلطة جذبية محدودة. وبالتالي، تمتلك الغازات طاقة حركية عالية وتستطيع ملء الفراغ الذي تشغله. من العوامل الرئيسة التي تؤثر على ضغط الغاز ما يلي:
- حجم الغاز: هناك علاقة عكسية بين ضغط الغاز وحجمه؛ فكلما زاد حجم الغاز، انخفض ضغطه، نتيجة لتباعد الجزيئات عن بعضها.
- حجم الحيز: يرتبط ضغط الغاز عكسياً مع حجم الحيز، فكلما تقلص حجم الحيز، ارتفع ضغط الغاز.
- درجة الحرارة: تتناسب درجة حرارة الغاز طردياً مع ضغطه، حيث يزيد الضغط بزيادة الحرارة. كما تعتمد قابلية ذوبان الغاز على درجة الحرارة، فعندما تنخفض درجة الحرارة، يزداد ذوبان الغاز، كما هو الحال مع غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء. وعند ارتفاع درجة الحرارة، تقل كثافة الغاز نتيجة لتباعد الجزيئات، مما يسمح له بالارتفاع بفضل خاصية الحمل.
أهم قوانين ضغط الغازات
قانون بويل
ينص قانون بويل على أنه تحت ظروف حرارة ثابتة، فإن الضغط يتناسب عكسياً مع الحجم، ويمكن التعبير عنه رياضياً كما يلي:
pv=k
حيث:
p = ضغط الغاز.
v = حجم الغاز.
k = ثابت الغاز.
قانون شارل
ينص قانون شارل على أنه عند ضغط ثابت، يتزايد حجم الغاز بشكل خطي مع درجة الحرارة، ويمكن تمثيل القانون رياضياً كما يلي:
V=KT
حيث:
v = حجم الغاز.
k = ثابت الغاز.
T = درجة الحرارة.
قانون دالتون للغازات
يُعنى قانون دالتون بالضغوط الجزئية للغازات، وينص على أن مجموع الضغط الكلي لمزيج من الغازات يساوي مجموع الضغوط الجزئية لكل غاز على حده.
قانون غاي لوساك
يشير قانون غاي لوساك إلى أن ضغط كمية معينة من الغاز يتناسب طردياً مع درجة الحرارة ما دام حجم الغاز ثابتاً، ويصاغ رياضيًا كالتالي:
P1/T1=P2/T2
تطبيقات ضغط الغازات
تعتبر دراسة ضغط الغازات والعوامل المؤثرة عليها مفيدة في مجالات متنوعة من الحياة، مثل استخدام ضغط الغازات في عمليات التبريد والتجميد، كما تُستخدم في العلوم الحياتية والطبية، وكانت الأساس في تطبيقات المناطيد الهوائية.