أبرز قوانين الغازات ومسائل حسابية عليها
يوجد العديد من القوانين الفيزيائية التي تصف سلوك الغازات في الظروف المختلفة، وهي تعتبر مبادئ أساسية في مجال الديناميكا الحرارية، وفيما يأتي توضيح لأبرز قوانين الغازات مع مسائل حسابية عليها:[١][٢][٣]
قانون بويل
ينص قانون بويل على أن حجم كمية معينة من الغاز يتناسب عكسياً مع ضغطه عند ثبوت درجة الحرارة، والصيغة الرياضية له هي كالآتي:
P1V1 = P2V2
إذا علمت أن غازاً محصور في وعاء حجمه 2 لتر، وضغطه الأولي 4 باسكال، أما ضغطه النهائي، فيساوي 8 باسكال، أوجد مقدار حجمه النهائي.
P1V1 = P2V2
4 × 2 = 8 × V2
8 = 8 × V2
1 = V2 لتر
إذًا، مقدار الحجم النهائي للغاز يساوي 1 باسكال.
قانون شارل
ينص قانون شارل على أن حجم كمية معينة من الغاز يتناسب تناسبًا طرديًا مع درجة حرارته المطلقة عند ثبوت الضغط، والصيغة الرياضية له هي كالآتي:
V1/T1 = V2/T2
إذا علمت أن غازاً محصور في وعاء حجمه الأولي يبلغ 4 لترات ودرجة حرارة الأولية المطلقة تبلغ 300 كلفن، إذا تم رفع درجة حرارته لتصبح 350 كلفن، كم يصبح مقدار حجمه الجديد؟
V1/T1 = V2/T2
4/300 = V2/350
V2 = (4 × 350) / 300
V2 = 14/3
V2 = 4.67 لترات
إذًا، مقدار حجم الغاز الجديد يساوي 4.67 لتراً.
قانون غاي - لوساك
ينص قانون غاي - لوساك على أن ضغط كمية معينة من الغاز يتناسب تناسبًا طرديًا مع درجة حرارته عند ثبوت حجمه، والصيغة الرياضية له هي كالآتي:
P1/T1 = P2/T2
إذا علمت أن غازاً محصور في وعاء بضغط أولي مقداره 2 باسكال، ودرجة حرارة بدائية تبلغ 273 كلفن، إذا تم تسخين الغاز حتى أصبحت درجة حرارته 300 كلفن، احسب مقدار الضغط الجديد للغاز.
P1/T1 = P2/T2
2/273 = P2/300
P2 = (2 × 300) / 273
P2 = 2.19 باسكال
إذًا، مقدار الضغط الجديد للغاز يساوي 2.19 باسكال.
قانون أفوجادرو
ينص قانون أفوجادرو على أن حجم الغاز يتناسب تناسبًا طرديًّا مع عدد مولات الغاز عند ثبوت كل من درجة الحرارة والضغط، والصيغة الرياضية له هي كالآتي:
V1/n1 = V2/n2
إذا علمت أن غازاً محصور في وعاء حمه 5 لترات، ويحتوي على 0.965 مول من الغاز، فإذا تمت زيادة كمية الغاز إلى 1.8 مول، فما هو الحجم النهائي للغاز؟
V1/n1 = V2/n2
5/0.965 = V2/1.8
V2 = 1.8×5/ 0.965
V2 = 9.32 لتر
إذًا، حجم الغاز الجديد يساوي 9.32 لتراً.
قانون الغاز المجمع
قانون الغاز المجمع هو قانون يجمع بين كل من قانون بويل وقانون شارل وقانون غاي-لوساك في صيغة رياضية واحدة، وهو يصف العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة الحرارة لكمية معينة من الغاز، والصيغة الرياضية له هي كالآتي:
P1V1/T1 = P2V2/T2
إذا علمت أن غازاً محصور في وعاء بضغط ابتدائي مقداره 3 باسكال وحجم ابتدائي مقداره 2 لتر ودرجة حرارة ابتدائية تبلغ 300 كلفن، ونريد معرفة كم الحجم الجديد للغاز عندما يتم تغيير الضغط إلى 4 باسكال والحرارة إلى 350 كلفن.
P1V1/T1 = P2V2/T2
2 × 3 / 300 = 4V2 / 350
2 × 3 / 300 = 4V2 / 350
0.02 = 4V2 / 350
350 × 0.02 = 4V2
7 = 4V2
1.75 = V2 لتر
إذًا، حجم الغاز الجديد يساوي 1.75 لتراً.
توفر قوانين الغازات السابقة أساسا لفهم سلوك الغازات في الطبيعة، وهي تستخدم في العديد من التطبيقات العلمية المختلفة، كتصميم أنظمة تخزين الغاز، وتحليل تفاعلات الغازات، وغيرها.
المراجع
- ↑ "gas laws", britannica, Retrieved 22/6/2023. Edited.
- ↑ "Gas Laws: Overview", chem.libretexts, Retrieved 22/6/2023. Edited.
- ↑ "Gas Laws", chem.fsu, Retrieved 22/6/2023. Edited.
