الحالة الغازية - الجزء الأول

^ مقدمة ^

& تتوزع المادة في الطبيعة إلى ثلاث حالات رئيسية مختلفة هي الحالة الصلبة , الحالة السائلة والحالة الغازية . تحافظ المادة في الحالة الصلبة على شكلها وحجمها , وذلك لأن جسيماتها ترتبط مع بعضها بشدة بوساطة قوى التجاذب حيث تقتصر حركتها فقط على الحركة الاهتزازية حول نقاط محددة &

& تتميز هذه الحالة بخاصة فريدة وهي قابليتها لتغير شكلها وحجمها تحت تأثير القوى الخارجية وتقسم المادة في الحالة الصلبة إلى أجسام بلورية وأجسام عديمة الشكل تختلف هذه الأجسام عن بعضها في خواصها الفيزيائية فمثلا" تملك الأجسام البلورية درجة انصهار محددة الدقة بينما الأجسام عديمة الشكل لا تمتلك درجة انصهار محددة بدقة &

& تظهر المادة في الحالة السائلة بحجم ثابت وشكل يأخذ شكل أي وعاء تشغله وتمتاز هذه الحالة بخواص تأخذ موضعا" وسطيا" بين خواص الحالة الصلبة وخواص الحالة الغازية فهي تشبه الحالة الصلبة في بعض خواصها وتشبه الحالة الغازية في خواص أخرى &

& وتوجد المادة في الحالة الغازية بحجم وشكل غير ثابتين ، حيث يملأ الغاز الفراغ المتوفر له ويلاحظ بصورة عامة أن الغازات تشغل حجوما" تتأثر تأثرا" شديدا" بالعوامل الخارجية : الضغط ، درجة الحرارة بسبب قابليتها وتمددها الحراري &

** الغازات المثالية **

& أن الذي يميز الحالة الغازية كما ذكرنا هو أن جزيئات الغاز تفصلها مسافات بعيدة نسبيا" ، وبالتالي فإن قوى التجاذب فيما بينها تكون صغيرة جدا" وهذا ما يجعل الغاز قابلا" للتمدد وملء الوعاء الحاوي عليه بانتشار جزيئات الغاز بسرعة كبيرة في فراغ الوعاء ، وتسمى القوة التي يؤثر بها الغاز في واحدة السطوح من الجدار بضغط الغاز : p = F/a &

& وعندما يكون الضغط المطبق على الغاز منخفضا" حوالي ( 0.01 جو ) ودرجة الحرارة عالية نسبيا" فضمن هذه الشروط من الممكن اشتقاق قوانين للغازات التي تقترب من صفاتها من صفات الغاز المثالي أو الكامل الذي يتمتع وفق هذه الشروط بما يلي :

1_ يتألف الغاز من دقائق أو جزيئات تفصلها مسافات كبيرة نسبيا" في الفراغ المحصور فيه، بحيث يمكن إهمال القوى المؤثرة فيما بين الجزيئات .

2_ إن نصف قطر الجزيئة الغازية يعادل 0,001 من الحجم الكلي للغاز وبالتالي يمكن إهمال حجم الجزيئة الغازية بالنسبة لحجم الغاز الكلي .

3_ تتحرك جزيئات الغاز بحرية تامة ( حركة عشوائية ) وباتجاهات مستقيمة و التصادمات الناتجة عن الجزيئات مع بعضها من جهة وبين الجزيئات وجدران الوعاء من جهة أخرى تكون تصادمات مرنة بحيث أن الجزيئات الغازية تتغير من جهة حركتها بعد التصادم ولكن دون أن تفقد أيا" من قدرتها الحركية .

4_ هناك علاقة مباشرة بين درجة الحرارة والطاقة الحركية الوسطية لجميع الجزيئات الغازية &

** قوانين الغازات الكاملة **

** 1. قانون بويل (علاقة الضغط بالحجم ) **

& لقد وجد بويل تجريبيا" أن حجم كتلة معينة من غاز يتناسب عكسا" مع الضغط إذا بقيت درجة الحرارة ثابتة أو أن جداء الضغط في حجم كتلة معينة من غاز ما ثابت في درجة حرارة ثابتة . ويعبر عن ذلك رياضيا" بالمعادلة : (1) ثابت p.v = &

& حيث تمثل p الضغط و v حجم كتلة معينة من الغاز في درجة حرارة ثابتة ، يتعلق الثابت المعطى في العلاقة (1) بدرجة الحرارة وكمية وطبيعة الغاز المجرب عليه، ويمكن التعبير عن المعادلة (1) بطريقة أخرى وذلك عند تطبيقها على كمية معينة من غاز انتقلت من حالة أولية كان حجمها وضغطها فيها مساويين V₁ و P₁ إلى حالة نهائية قيم الضغط والحجم فيها V₂ و P₂ مع بقاء درجة الحرارة ثابتة ، إذ تصبح : (2) P₁ . V₁ = P₂ . V₂