المحتوى
على مدى قرون وعبر تجارب متعددة ، تمكن الفيزيائيون والكيميائيون من ربط الخصائص الرئيسية للغاز ، بما في ذلك الحجم الذي يشغله (V) والضغط الذي يمارسه على العلبة (P) ، بدرجة الحرارة (T). قانون الغاز المثالي هو تقطير للنتائج التجريبية الخاصة بهم. وينص على أن PV = nRT ، حيث n هو عدد مولات الغاز و R هو ثابت يسمى ثابت الغاز العالمي. توضح هذه العلاقة أنه عندما يكون الضغط ثابتًا ، يزداد الحجم مع درجة الحرارة ، وعندما يكون الحجم ثابتًا ، يزداد الضغط مع درجة الحرارة. إذا لم يتم إصلاح أي منهما ، فهما يزيدان مع زيادة درجة الحرارة.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
عندما تقوم بتسخين الغاز ، يزداد ضغط البخار وحجمه. تصبح جزيئات الغاز الفردية أكثر نشاطًا وتزداد درجة حرارة الغاز. في درجات الحرارة العالية ، يتحول الغاز إلى بلازما.
طناجر الضغط والبالونات
طباخ الضغط هو مثال على ما يحدث عندما تقوم بتسخين غاز (بخار الماء) يقتصر على حجم ثابت. مع ارتفاع درجة الحرارة ، ترتفع القراءة على مقياس الضغط حتى يبدأ بخار الماء في الهرب عبر صمام الأمان. إذا لم يكن صمام الأمان هناك ، فسيستمر الضغط في الزيادة وسيؤدي إلى تلف أو طباخ طباخ الضغط.
عندما تزيد من درجة حرارة الغاز في بالون ، يزداد الضغط ، لكن هذا يعمل فقط على تمديد البالون وزيادة الحجم. مع استمرار ارتفاع درجة الحرارة ، يصل البالون إلى حده المرن ولم يعد بإمكانه التوسع. إذا استمرت درجة الحرارة في الارتفاع ، فإن الضغط المتزايد ينفجر بالون.
الحرارة هي الطاقة
الغاز عبارة عن مجموعة من الجزيئات والذرات لديها طاقة كافية للهروب من القوى التي تربطها معًا في الحالة السائلة أو الصلبة. عندما تقوم بإحاطة أحد الغازات في حاوية ، تتصادم الجزيئات مع بعضها البعض ومع جدران الحاوية. القوة الجماعية للاصطدامات تمارس الضغط على جدران الحاوية. عندما تقوم بتسخين الغاز ، فإنك تضيف طاقة ، مما يزيد من الطاقة الحركية للجزيئات والضغط الذي تمارسه على الحاوية. إذا كانت الحاوية كانت هناك ، فإن الطاقة الزائدة ستحثهم على السير في مسارات أكبر ، مما يزيد بشكل فعال من الحجم الذي يشغلونه.
إضافة الطاقة الحرارية لها أيضًا تأثير مجهرى على الجزيئات التي تشكل غازًا وكذلك على السلوك المجهري للغاز ككل.لا تزداد الطاقة الحركية لكل جسيم فحسب ، بل تزداد اهتزازاتها الداخلية وسرعات دوران إلكتروناتها أيضًا. كلا التأثيرين ، بالإضافة إلى زيادة الطاقة الحركية ، يجعل الغاز أكثر حرارة.
من الغاز إلى البلازما
يصبح الغاز أكثر نشاطًا وأكثر سخونة مع ارتفاع درجة الحرارة إلى أن يصبح بلازما عند نقطة معينة. يحدث هذا في درجات الحرارة التي تحدث على سطح الشمس ، حوالي 6000 درجة كلفن (10340 درجة فهرنهايت). تعمل الطاقة الحرارية العالية على شطب الإلكترونات من الذرات الموجودة في الغاز ، تاركًا مزيجًا من الذرات المحايدة والإلكترونات الحرة والجزيئات المؤينة التي تولد القوى الكهرومغناطيسية وتستجيب لها. بسبب الشحنات الكهربائية ، يمكن أن تتدفق الجزيئات معًا كما لو كانت سائلة ، كما أنها تميل إلى التكتل معًا. بسبب هذا السلوك الغريب ، يعتبر العديد من العلماء أن البلازما هي الحالة الرابعة للمادة.