مقاطع تحصیلی
جستجو در منظومه
قوانین گازها: بررسی گاز در فشار ثابت
توضیحات درس
قوانین گازها
آخرین بخش فصل چهارم، به بررسی رفتار گازهای کامل میپردازد. برای شروع این بحث بیاید از یک مثال عملی استفاده کنیم. اگر دقت کرده باشید روی برخی از اسپریها هشدار داده که آن را داخل آتش یا در محیط با دمای بالا قرار ندهید، چون خطر انفجار دارد. اما دلیل انفجار چیست؟
برای پاسخ به این سؤال باید به رفتار ذرات تشکیل دهندهی گازها بپردازیم. میدانیم هنگامی دما یک گاز افزایش یابد، انرژی جنبشی میانگین مولکول ها افزایش یافته، در نتیجه فاصله ی آنها از هم زیاد میشود (حجم افزایش مییابد). نتیجه افزایش این انرژی جنبشی یعنی برخورد بیشتر به دیوارهی قوطی، این یعنی افزایش فشار.
اگر دقت کرده باشیم، اینجا از سه کلید واژهی مهم استفاده کردیم: دما، حجم و فشار. این نقطهی شروع بررسی رفتار یک گاز است.
به سؤالات مفهومی زیر پاسخ دهید:
ا- چرا وقتی داخل یک بطری پلاستیکی مقدار کمی آب داغ بریزیم و بطور کامل بگردانیم، اگر درب بطری را ببندیم، بطری مچاله میشود:
دلیل این مچاله شدن این است که جدارهی بطری در معرض با هوای سردتر باعث میشود، دمای ذرات هوای داخل بطری کاهش یابد، پس فاصله بین آنها کاهش یافته و این یعنی کاهش فشار هوای داخل بطری.
2- در شکل زیر وقتی این مخزن را در دستتان می گیرید، این کار سبب می شود مایع رنگی مخزن پایینی از لوله ِ باریک مارپیچ که انتهای پایینی آن درون این مخزن قرار دارد بالا رود، چرا؟
فشار هوا و بخار مایع در نیمه خالی مخزن زیاد میشود(افزایش دما یعنی افزایش حجم یعنی افزایش فشار) و سطح مایع این مخزن را به طرف پایین میراند.
بطور کلی در این قسمت میخواهیم رفتار گاز داخل مخزن را با کمک دما، حجم و فشار بررسی کنیم.
- بررسی گاز در فشار ثابت: دانشمندی به نام شارل پی برد که اگر در یک گاز فشار ثابت باشد، با افزایش دما حجم گاز افزایش مییابد. یعنی رابطهی مستقیمی بین حجم و دما وجود دارد.
- -شکل الف آزمایش مربوط بررسی رفتار گاز در فشار ثابت است. بطور خلاصه هنگامی که دمای مایع داخل ظرف را افزایش میدهیم، چون هوای محبوس داخل مایع هست، دما هوا هم افزایش یافته در نتیجه حجم آن افزایش مییابد (اون ستون جیوهی روی هوای محبوس جابهجا میشود پس نشان می دهد حجم هوا داره زیاد میشه!)
- -نتیجهی آزمایش: در فشار وجرم ثابت
- -چون گفته شد نسبت حجم به دمای گاز همیشه ثابت است پس در فشار ثابت میتوانیم بنویسیم:\[\frac{V_{1}}{T_{1}} = \frac{V_{2}}{T_{2}}\]
با فرض اینکه اصطکاک پیستون سرنگ ناچیز است، پس در هر لحظه فشار گاز داخل سرنگ ثابت است. چون دما آب زیاد میشود، پس دما و در نتیجه حجم هوای داخل سرنگ زیاد میشود.
مثال: مقداری گاز کامل (گاز آرمانی) با دمای \(27℃\) در یک استوانه بطول cm20 محبوس است. اگر در فشار ثابت، طول استوانه به cm25 برسد، دمای گاز چند درجه سلسیوس خواهد شد؟