منصة المنقذ التعليمية

أهداف الدرس

أشرح تأثير كمية الغاز في ضغطه عند ثبات الحجم والحرارة.
أفسر أثر تغير الحجم والحرارة في ضغط الغاز.
أطبق العلاقات على الإطار وعبوة الرذاذ.

الشرح خطوة بخطوة

1 / 220:00

الموضع محفوظ على هذا الجهاز.

المقطع 1 من 4العوامل التي تُؤثِّر في ضغط الغاز Factors Affecting Gas Pressure0:45

مقاطع الدرس

0 من 4 مكتمل

العوامل التي تُؤثِّر في ضغط الغاز Factors Affecting Gas Pressure(ص 21)

يندفع القارب المطّاطي الموضّح في الشكل (4) ويهبط فوق شلّال صغير إلى مجرى مائي أسفله (تكون مياه المجرى مزبدة بسبب حركتها السريعة والعنيفة). ينثني القارب المطّاطي ويلتوي ليمتصّ بعضًا من طاقة الضربات العنيفة المتكرّرة الناتجة عن حركة مياه النهر القوية. لمتانة القارب المطّاطي ومرونته تأثير بالغ عند هذه الظروف. ما العوامل التي تؤثّر في ضغط الغاز داخل القارب المطّاطي والصلابة الناتجة منه؟(ص 21)

1. كمّية الغاز Amount of Gas(ص 21)

باستخدام النظرية الحركية للغازات يمكنك أن تتوقّع استجابة الغازات لتغيّر ظروفها وتفسّرها. فعندما تنفخ الإطار المطّاطي للدرّاجة، على سبيل المثال، تتوقّع زيادة ضغط الغاز داخلها. ينتج من اصطدامات جسيمات الغاز في الجدران الداخلية للإطار المطّاطي الضغط الذي يمارسه الهواء المحبوس داخله.(ص 21)

شكل (5) يزيد الضغط داخل الإطار باستخدام منفاخ لدفع مزيد من جسيمات الهواء داخل إطار مطّاطي لعجلة مفرّغة جزئيًا من الهواء.(ص 22)

قاعدة

عندما تنفخ الإطار المطّاطي لدرّاجة، تضيف مزيدًا من الغاز، أي أنّك تزيد عدد جسيمات الغاز وبالتالي تزيد اصطداماتها ما يفسّر زيادة ضغط الغاز (شكل5). نلاحظ في الشكل(6) أنّه طالما لم يحدث تغيّر في درجة حرارة الغاز وحجمه، فإنّ مضاعفة عدد جسيمات الغاز تؤدّي إلى مضاعفة الضغط. عندما تتضاعف جسيمات الغاز ثلاث مرّات، يتضاعف الضغط ثلاث مرّات، وهكذا دواليك... وباستخدام منفاخ ووعاء قوي، يمكنك توليد ضغوط عالية جدًّا بإضافة مزيد من الغاز إلى أن يتهشّم الوعاء عند تجاوز الضغط قوّة احتماله.(ص 22)

شكل (6) عندما يُضخّ غاز في وعاء قوي مغلق عند درجة حرارة ثابتة، يزداد الضغط بنسبة عدد جسيمات الغاز المضافة. وكلّما تضاعف عدد جسيمات الغاز تضاعف الضغط.(ص 22)

والعكس صحيح، فإذا سُمح للهواء بالخروج من الإطار المطّاطي يقلّ الضغط في داخله، إذ تمارس جسيمات الغاز التي قلّ عددها (نتيجة خروج الهواء) ضغطًا أقلّ.(ص 22)

وعندما يقلّ عدد جسيمات الغاز إلى النصف في حجم معيّن، يقلّ الضغط إلى النصف، كما هو موضّح في الشكل (7).(ص 23)

شكل (7) ضغط الغاز داخل هذا الوعاء ذي الحجم الثابت عند درجة حرارة ثابتة يقلّ كلّما خرجت جسيمات الغاز (من الصنبور السفلي للوعاء). عدد جسيمات الغاز عند ضغط 100 kPa هو نصف عددها عند ضغط 200 kPa.(ص 23)

علّل

عند فتح وعاء محكم الإغلاق يحتوي على غاز مضغوط، ينتقل الغاز داخل الوعاء من الحيّز ذي الضغط المرتفع إلى الحيّز الخارجي ذي الضغط المنخفض. هذه هي آلية عمل عبوات الرذاذ. قد تكون استخدمت الكثير من هذه عبوات مثل كريم الحلاقة وسائل تثبيت الشعر، وكذلك سائل الرشّ المستخدم في الدهان والطلاء، مثل ذلك الموضّح في الشكل (8). تحتوي عبوة رذاذ الدهان على غاز تحت ضغط عال، يعمل كدافع أو مسيّر عندما ينتقل إلى منطقة ذات ضغط أقلّ. فالهواء خارج عبوة الرذاذ يكون تحت ضغط أقلّ. عند الضغط على زرّ عبوة الرذاذ، تُحدث فتحة بين داخلها والهواء خارجها، وبالتالي يندفع الغاز الدفعي ذو الضغط العالي الموجود داخل عبوة الرذاذ إلى المنطقة الخارجية ذات الضغط الأقلّ، حاملًا معه المادة المستخدمة في الدهان إلى الخارج. وكلّما قلّ الغاز الدفعي، قلّ الضغط داخل عبوة الرذاذ.(ص 23)

شكل (8) الفرق في الضغط بين داخل عبوة رذاذ الدهان والهواء الخارجي هو أساس آلية عمل مثل هذه العبوات. كيف يكون الضغط داخل العبوة عندما لا تتمكّن المادة المستخدمة في الدهان من التناثر والخروج منها؟(ص 23)

2. الحجم Volume(ص 23)

قاعدة

توجد طرق أخرى لزيادة ضغط الغاز. فعلى سبيل المثال، تستطيع زيادة الضغط الذي يمارسه الغاز المحبوس إذا أنقصت الحجم الذي يشغله الغاز مع ثبات درجة الحرارة. فكلّما تقلّص هذا الحجم، زاد الضغط الذي يمارسه داخل الوعاء الذي يحتويه. تقلّص حجم الغاز المحبوس إلى النصف يزيد ضغط الغاز إلى الضعف كما يوضّح الشكل (9)، والعكس صحيح، أي أنّ مضاعفة الحجم ستنقص الضغط إلى النصف، لأنّ عدد جسيمات الغاز نفسه يشغل، في هذه الحالة، ضعف الحجم الأصلي.(ص 23)

شكل (9) عندما يدفع الكبّاس المستخدم في المحرّكات بقوّة إلى أسفل، يضغط الغاز في حجم أصغر. يؤدّي تقلّص الحجم إلى النصف عند درجة حرارة ثابتة إلى مضاعفة الضغط الذي يمارسه الغاز.(ص 24)

3. درجة الحرارة Temperature(ص 24)

قاعدة

يُعتبر رفع درجة حرارة الغاز المحبوس طريقة أخرى لزيادة ضغط الغاز (تذكّر أكياس البطاطا الجاهزة التي تبدو وكأنّها منتفخة عند تعرّضها لأشعّة الشمس). يزداد متوسّط سرعة حركة جسيمات الغاز وطاقتها كلّما امتصّت الجسيمات طاقة حرارية. اصطدام جسيمات الغاز الأسرع حركة بجدران الوعاء الذي يحتويها يكون بطاقة أكبر، وبالتالي تمارس ضغطًا أكبر كما هو موضّح في الشكل (10). إذا تضاعفت درجة الحرارة المطلقة عند ثبات حجم الوعاء يتضاعف متوسّط الطاقة الحركية لجسيمات الغاز، ويؤدّي ذلك إلى تضاعف ضغط الغاز المحبوس. وبالتالي يمكن للغاز المحبوس في وعاء محكم الإغلاق أن يولّد ضغطًا هائلًا عند تسخينه.(ص 24)

شكل (10) عندما يسخّن غاز في وعاء بين درجة حرارة 300 K و600 K، يتضاعف متوسّط الطاقة الحركية لجسيمات الغاز. قد يسبّب ارتفاع درجة الحرارة زيادة الضغط إلى حدّ انفجار الوعاء.(ص 24)

انتبه

يُفسّر ذلك وجوب عدم إحراق علب الرذاذ حتّى لو كانت فارغة، لأنّها قابلة للانفجار وقد تؤدّي إلى أضرار جسيمة (شكل 11).(ص 25)

شكل (11) تحتوي علب الرذاذ على غازات تحت ضغط عال، قد تنفجر تحت تأثير الحرارة وتكون مسؤولة عن حروق وإصابات.(ص 25)

قاعدة

وعلى عكس ذلك، إذا انخفضت درجة حرارة الغاز المحبوس، تتحرّك جسيماته ببطء ويكون متوسّط طاقة حركتها أقلّ، وبالتالي تصطدم بجدران الوعاء بقوّة أقلّ. فانخفاض درجة الحرارة المطلقة للغاز إلى النصف في وعاء صلب، يؤدّي إلى انخفاض ضغط الغاز إلى النصف.(ص 25)

الملخص

زيادة عدد الجسيمات تزيد الضغط عند ثبات الحرارة والحجم.
نقص عدد الجسيمات للنصف ينقص الضغط للنصف بالشروط نفسها.
تقليل الحجم للنصف يضاعف الضغط عند ثبات الحرارة والكمية.
زيادة الحرارة المطلقة تزيد الضغط في الغاز المحبوس ذي الحجم الثابت.
عبوة الرذاذ تعمل بفرق الضغط بين الداخل والخارج.
لا تحرق علب الرذاذ ولو كانت فارغة.

الأفكار الرئيسية

نحدد المتغير والثوابت قبل تطبيق أي مقارنة.
التصادمات تفسر آثار الكمية والحجم والحرارة.

الأسئلة المهمة

ما أثر مضاعفة عدد الجسيمات؟

يتضاعف الضغط عند ثبات الحرارة والحجم.

الكتاب صفحة 22

ما أثر مضاعفة الحجم؟

ينخفض الضغط للنصف عند ثبات الحرارة والكمية.

الكتاب صفحة 23

كيف تعمل عبوة الرذاذ؟

يندفع الغاز من الضغط الداخلي المرتفع إلى الخارج الأقل حاملًا المادة.

الكتاب صفحة 23

ما أثر مضاعفة الحرارة المطلقة؟

يتضاعف الضغط عند ثبات الحجم والكمية.

الكتاب صفحة 24

لماذا لا تحرق عبوات الرذاذ؟

قد تنفجر تحت تأثير الحرارة وتسبب حروقًا وإصابات.

الكتاب صفحة 25

الواجب

أسئلة تطبيقية لتحلها في البيت. يمكنك طباعتها من الأعلى.

قارن بين تقليل عدد الجسيمات وتقليل الحجم للنصف.

صعب

اشرح خطر تسخين عبوة رذاذ مغلقة.

متوسط

غاز ضغطه 200 kPa فقد نصف جسيماته عند ثبات الحجم والحرارة؛ ما ضغطه؟

متوسط

مصطلحات الدرس

الغاز الدفعي: غاز تحت ضغط عال يعمل كدافع أو مسيّر للمادة في عبوة الرذاذ.
الحجم: الحيز الذي يشغله الغاز ويؤثر تغيّره في الضغط.
درجة الحرارة المطلقة: الحرارة بالكلفن التي ترتبط بمقدار الطاقة الحركية والضغط في المقارنة.

تمارين الكتاب كاملة

كل سؤال ونشاط وتمرين ورد في صفحات هذا الدرس، بنصه وإجابته النموذجية. 6 تمرينًا.

تمهيدما العوامل التي تؤثّر في ضغط الغاز داخل القارب المطّاطي والصلابة الناتجة منه؟(ص 21)

كمية الغاز، وحجم الوعاء الذي يحتويه، ودرجة الحرارة؛ وهذه محاور الدرس الثلاثة.

سؤال الشكل(8)كيف يكون الضغط داخل العبوة عندما لا تتمكّن المادة المستخدمة في الدهان من التناثر والخروج منها؟(ص 23)

يكون الضغط قد انخفض حتى لم يعد فرق الضغط بين داخل العبوة وخارجها كافيًا لدفع المادة إلى الخارج؛ يربط النص ذلك بنقص الغاز الدفعي.

مراجعة11. اشرح كيف يؤثّر تغيّر كلّ من كمّية الغاز وحجم الوعاء في ضغط الغاز عند ثبات درجة الحرارة.(ص 25)

عند ثبات الحجم أيضًا، زيادة كمية الغاز تزيد الضغط ونقصها ينقصه. وعند ثبات كمية الغاز، تقليل الحجم يزيد الضغط وزيادته تنقصه. نصف الحجم يقابله ضعف الضغط، ومضاعفة العدد عند ثبات الحجم تضاعف الضغط.

مراجعة22. ما تأثير تغيّر درجة الحرارة في ضغط الغاز المحبوس في وعاء صلب؟(ص 25)

يزداد الضغط بزيادة الحرارة المطلقة وينقص بنقصها؛ مضاعفتها تضاعف الضغط وانخفاضها إلى النصف يخفضه إلى النصف مع ثبات الحجم والكمية.

مراجعة33. مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة، كيف يمكنك زيادة الضغط في وعاء ما عشر مرّات؟(ص 25)

بزيادة عدد جسيمات الغاز إلى عشرة أمثاله مع ثبات الحجم، أو بجعل الحجم عُشر حجمه مع ثبات كمية الغاز. هذه إجابة نظرية للعلاقة وليست تعليمات لتوليد ضغط خطر؛ النص يحذر من تجاوز تحمل الوعاء.

مراجعة44. يرغب مصنّعو السوائل المزيلة لرائحة العرق في إنتاج عبوات يبلغ حجمها 150 mL إنّما تحتوي على ضعف كمّية الغاز الموجودة في العبوات الحالية. كيف يمكن مقارنة ضغط الغاز في العبوة الجديدة بضغطه في العبوة الأصلية؟(ص 25)

إذا كان حجم العبوة الأصلية150 mL أيضًا والحرارة ثابتة، فالضغط الجديد ضعف الأصلي لأن عدد الجسيمات تضاعف. لم يحدد نص السؤال هنا حجم الأصلية صراحة؛ المقارنة العددية مشروطة بثبات الحجم والحرارة، وليست نتيجة مطلقة دون الشرط.