تطبيقات الحياة الواقعية لقوانين الغاز

على مر القرون ، اكتشف العلماء قوانين تشرح كيف تؤثر خصائص مثل الحجم والضغط على طريقة تصرف الغازات. أنت تشهد تطبيقات واقعية لواحد على الأقل من هذه القوانين - قانون بويل - يوميًا ، ربما دون أن تعرف أبدًا أنك تتبع مبادئ علمية مهمة أثناء العمل.

وفقًا لقانون تشارلز ، فإن زيادة الحجم تتناسب مع زيادة درجة الحرارة إذا قمت بتسخين كمية ثابتة من الغاز بضغط ثابت. أظهر هذا القانون من خلال ملاحظة كيف أن كرة القدم المنتفخة التي كانت في الداخل تصبح أصغر إذا أخذتها في الخارج في يوم بارد. يستفيد موزعو البروبان من قانون تشارلز بخفض درجة الحرارة إلى -42.2 درجة مئوية (-44 فهرنهايت) - إجراء يحول البروبان إلى سائل يسهل نقله و محل. يسيل البروبان لأنه مع انخفاض درجة الحرارة ، تقترب جزيئات الغاز من بعضها وينخفض ​​الحجم.

ينص قانون دالتون على أن الضغط الكلي لخليط الغاز يساوي مجموع جميع الغازات الموجودة في الخليط ، كما هو موضح في المعادلة التالية:

يفترض هذا المثال وجود غازين فقط في الخليط. تتمثل إحدى نتائج هذا القانون في أن الأكسجين يمثل 21٪ من إجمالي ضغط الغلاف الجوي لأنه يشكل 21٪ من الغلاف الجوي. الأشخاص الذين يصعدون إلى ارتفاعات عالية يختبرون قانون دالتون عندما يحاولون التنفس. مع صعودهم إلى أعلى ، ينخفض ​​الضغط الجزئي للأكسجين مع انخفاض الضغط الجوي الكلي وفقًا لقانون دالتون. يواجه الأكسجين صعوبة في الوصول إلى مجرى الدم عندما ينخفض ​​ضغط الغاز الجزئي. يمكن أن يحدث نقص الأكسجة ، وهي مشكلة طبية خطيرة يحتمل أن تؤدي إلى الوفاة ، عند حدوث ذلك.

قدم Amadeo Avogadro مقترحات مثيرة للاهتمام في عام 1811 والتي تعمل الآن على صياغة قانون Avogadro. تنص على أن غازًا واحدًا يحتوي على نفس عدد الجزيئات مثل غاز آخر بحجم متساوٍ عند نفس درجة الحرارة والضغط. هذا يعني أنه عندما تضاعف جزيئات الغاز أو تضاعفها ثلاث مرات ، فإن الحجم يتضاعف أو يتضاعف ثلاث مرات إذا ظل الضغط ودرجة الحرارة ثابتة. لن تكون كتل الغازات هي نفسها لأن لها أوزان جزيئية مختلفة. ينص هذا القانون على أن منطاد الهواء وبالون المماثل الذي يحتوي على الهيليوم لا يزنان نفس الشيء لأن جزيئات الهواء - التي تتكون أساسًا من النيتروجين والأكسجين - لها كتلة أكبر من الهيليوم الجزيئات.

درس روبرت بويل أيضًا العلاقات المثيرة للاهتمام بين الحجم والضغط وخصائص الغاز الأخرى. وفقًا لقانونه ، فإن ضغط الغاز مضروبًا في حجمه يكون ثابتًا إذا كان يعمل مثل الغاز المثالي. هذا يعني أن ضغط الغاز مضروبًا في الحجم في لحظة ما يساوي ضغطه مضروبًا في الحجم في لحظة أخرى بعد أن تقوم بتعديل إحدى تلك الخصائص. توضح المعادلة التالية هذه العلاقة:

في الغازات المثالية ، تشتمل الطاقة الحركية على كل الطاقة الداخلية للغاز ويحدث تغير في درجة الحرارة إذا تغيرت هذه الطاقة. (المرجع 6 ، الفقرة الأولى بشأن هذا التعريف). تمس مبادئ هذا القانون عدة مجالات في الحياة الواقعية. على سبيل المثال ، عندما تستنشق ، يزيد الحجاب الحاجز من حجم رئتيك. ينص قانون بويل على أن ضغط الرئة يتناقص ، مما يتسبب في الضغط الجوي لملء الرئتين بالهواء. يحدث العكس عند الزفير. تملأ حقنة باستخدام نفس المبدأ ، اسحب مكبسها ويزداد حجم المحقنة ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط المقابل في الداخل. لأن السائل يقع تحت الضغط الجوي ، فإنه يتدفق إلى منطقة الضغط المنخفض داخل المحقنة.