गैसें (भौतिकी): परिभाषा, गुण और उदाहरण

जिस हवा में हम सांस लेते हैं और रोजाना चलते हैं, हमारे जन्मदिन के गुब्बारों में हीलियम और घर को गर्म करने के लिए इस्तेमाल होने वाली मीथेन गैसों के सभी सामान्य उदाहरण हैं। ठोस और तरल पदार्थ के साथ गैस पदार्थ की तीन मुख्य अवस्थाओं में से एक है।

पदार्थ की अवस्थाएँ इस आधार पर भिन्न होती हैं कि कण कितनी बारीकी से पैक किए गए हैं - उनके पास कितनी गतिज ऊर्जा है - जिसके परिणामस्वरूप अलग-अलग विशेषताएं हैं।

अपनी ठोस अवस्था में, पदार्थ सबसे अधिक घनीभूत होता है। एक ठोस में अणु परमाणु बंधों और आकर्षणों द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। नतीजतन, वे चारों ओर स्वतंत्र रूप से बहने के बजाय जगह में कंपन करते हैं। ठोस के निश्चित आकार और आयतन होते हैं, और वे आसानी से संकुचित नहीं होते हैं; यानी ये अपने शेप को काफी अच्छे से रखते हैं।

अपनी तरल अवस्था में, कमजोर अंतर-आणविक बंधों के कारण, पदार्थ ठोस की तुलना में कम बारीकी से पैक होता है। जब एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की उपस्थिति में, एक तरल अपने कंटेनर का आकार ले लेगा; गुरुत्वाकर्षण की अनुपस्थिति में, यह गोलाकार आकार में बन जाता है।

अपनी गैसीय अवस्था में, पदार्थ स्वयं के साथ कमजोर अंतःक्रिया का अनुभव करता है। कण काफी स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। नतीजतन, गैसें जिस भी कंटेनर में होती हैं, उसका आकार और आयतन ले लेती हैं। केक बेक करने के बाद ओवन खोलिए, और जो गैस अंदर थी वह पूरे घर में फैल जाएगी ताकि केक को हर कमरे से महक आ सके.

भौतिकविदों को ज्ञात पदार्थ की नवीनतम अवस्था प्लाज्मा है, एक ऐसी स्थिति जिसमें पदार्थ बनाने वाले परमाणु स्वयं टूट रहे हैं। प्लाज्मा केवल अत्यधिक तापमान और दबाव पर होता है, जैसे कि सूर्य के केंद्र में पाया जाता है। क्योंकि इन स्थितियों में परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को छीन लिया जाता है, एक प्लाज्मा मुक्त इलेक्ट्रॉनों का मिश्रण बन जाता है, बचे हुए सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन और तटस्थ परमाणु। व्यवहार के संदर्भ में, एक प्लाज्मा गैस की तरह कार्य करता है, लेकिन इसमें शामिल आरोपों के कारण इसमें विद्युत चुम्बकीय गुण भी होते हैं।

दबाव और तापमान की स्थितियों के आधार पर पदार्थ एक अवस्था से दूसरी अवस्था में बदल सकता है। इस तरह के एक परिवर्तन के रूप में जाना जाता है a अवस्था परिवर्तन. उदाहरण के लिए, बर्फ के रूप में ठोस पानी अपने क्वथनांक तक गर्म होने पर तरल पानी में पिघल जाएगा, जो बदले में और भी अधिक गर्मी के साथ जल वाष्प में वाष्पित हो जाएगा।

वाष्पीकरण के विपरीत संक्षेपण है। जब कोई गैस संघनित होती है, तो वह तरल हो जाती है।

एक ठोस पदार्थ की गैसीय अवस्था में सीधे संक्रमण कर सकता है उच्च बनाने की क्रिया. ऊर्ध्वपातन तब होता है जब एक ठोस चरण आरेख में अपने त्रिगुण बिंदु से नीचे एक विशेष दबाव में होता है। उदाहरण के लिए, "नियमित" बर्फ (पानी) के विपरीत, एक वातावरण में गर्म होने पर सूखी बर्फ (ठोस कार्बन डाइऑक्साइड) उच्च हो जाती है, जो एक वातावरण में गर्म होने पर तरल में पिघल जाती है।

गैस का औपचारिक भौतिकी विवरण एक ऐसा पदार्थ है जिसका एक निश्चित आयतन (जिसे एक निश्चित आयतन भी कहा जाता है) या एक निश्चित आकार नहीं होता है। इसके बजाय, एक गैस अपने कंटेनर का आकार ले लेगी क्योंकि गैस के अणु एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकते हैं।

पूर्व-प्रतिष्ठित कण भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी द्वारा बनाई गई एक प्रसिद्ध काल्पनिक समस्या इसे स्पष्ट करने में मदद करती है। फर्मी ने अपने छात्रों से यह अनुमान लगाने के लिए कहा कि सीज़र की मरने वाली सांस के कितने अणु आज एक मानव अपने स्वयं के श्वास के साथ मुठभेड़ की उम्मीद कर सकते हैं। यह मानते हुए कि रोमन सम्राट की अंतिम सांस अब तक दुनिया भर में समान रूप से वितरित हो चुकी है (और द्वारा पुन: अवशोषित नहीं की गई है) महासागर या पौधे), गणना से पता चलता है कि आज के जीवित प्राणी अपनी मरने वाली सांस के लगभग एक अणु में सांस लेते हैं उन लोगों के।

हालाँकि एक तरल अपने कंटेनर का आकार भी ले सकता है, एक तरल बिना मदद के अपना आयतन नहीं बदलता है। लेकिन एक गैस हमेशा अपने कंटेनर को भरने के लिए फैलती है और इसके विपरीत, इसे एक छोटे कंटेनर में संपीड़ित किया जा सकता है।

गैस का वर्णन करने के लिए एक महत्वपूर्ण माप है दबाव. गैस का दबाव प्रति इकाई क्षेत्र पर लगने वाला बल है जो गैस अपने कंटेनर पर डालती है। अधिक दबाव अधिक बल की ओर ले जाता है, और इसके विपरीत।

उदाहरण के लिए, उच्च दबाव तक पंप किया गया एक बाइक टायर बाहर से सिखाया और कठिन लगता है। दूसरी ओर, एक कम दबाव वाला टायर कम बाहरी बल लगाता है, और परिणामस्वरूप, यह फ्लॉपियर और नरम महसूस करता है।

गैस की एक अन्य प्रमुख विशेषता इसकी है तापमान. गैस के तापमान को गैस में प्रति अणु औसत गतिज ऊर्जा के माप के रूप में परिभाषित किया गया है। चूँकि सभी अणु कंपन करते हैं, उन सभी में कुछ मात्रा में गतिज ऊर्जा होती है।

पदार्थ की अवस्था गैसीय है या नहीं यह निर्धारित करने के लिए दबाव और तापमान दोनों की आवश्यकता होती है। कुछ सामग्री केवल उच्च तापमान पर गैसें होती हैं, जबकि अन्य कम तापमान या कमरे के तापमान पर गैसें होती हैं। इस बीच, कुछ सामग्री केवल उच्च तापमान पर गैसें होती हैं तथा कम दबाव। एक चरण आरेख तापमान और दबाव के विभिन्न संयोजनों पर दिए गए पदार्थ के लिए पदार्थ की स्थिति को दर्शाता है।

हमारे चारों ओर की दुनिया में गैसें प्रचुर मात्रा में हैं। कार्बन डाइऑक्साइड, एक सामान्य ग्रीनहाउस गैस, मानव जाति की कई वर्तमान गतिविधियों को शक्ति प्रदान करने के लिए ईंधन जलाने पर निकलती है। जब तरल पानी वाष्पीकृत हो जाता है, तो यह भाप या जल वाष्प बन जाता है - एक प्रक्रिया जो स्टोव के शीर्ष पर और धूप के नीचे पोखरों में होती है।

वायु के रूप में जानी जाने वाली गैसों का मिश्रण - जो आमतौर पर 78 प्रतिशत नाइट्रोजन, 21 प्रतिशत ऑक्सीजन और 1 प्रतिशत. है अन्य गैसें - सभी स्थलीय जीवों को घेर लेती हैं और श्वसन के माध्यम से अपने शरीर के साथ आदान-प्रदान करती हैं प्रणाली सांस लेते समय, कई जानवर हवा से ऑक्सीजन निकालते हैं और अपने शरीर से कार्बन डाइऑक्साइड को खत्म करते हैं, जबकि कई पौधे इसके विपरीत करते हैं, कार्बन डाइऑक्साइड लेते हैं और ऑक्सीजन छोड़ते हैं।

गैसों के व्यवहार को बेहतर ढंग से समझाने में मदद करने के लिए, भौतिक विज्ञानी यह अनुमान लगाना पसंद करते हैं कि गैसें कैसे व्यवहार करेंगी यदि वे कई से बनी हों बिंदु कण सीधी रेखाओं में चलते हैं और अंतर-आणविक बलों का अनुभव नहीं करते हैं - दूसरे शब्दों में, एक के साथ बातचीत किए बिना दूसरा।

बेशक, कोई भी गैस वास्तव में आदर्श नहीं है, लेकिन यह देखते हुए कि गैस कैसे होती है चाहेंगे इस तरह के विवरण के तहत कार्य करते हैं, भौतिक विज्ञानी गैसीय गुणों के बारे में कई सरल कानूनों को एक में जोड़ सकते हैं: आदर्श गैस कानून।

• आदर्श गैस नियम है पीवी = एनआरटी, कहां है पी दबाव है, वी मात्रा है, नहीं गैस के मोलों की संख्या है, आर गैस स्थिर है और टी तापमान है।

विशेष रूप से, आदर्श गैस कानून चार सरल गैस कानूनों से लिया गया है जो संयुक्त गैस कानून में संबंधों के टुकड़े दिखाते हैं। वो हैं:

• बॉयल का नियम: एक गैस का दबाव स्थिर तापमान और गैस की मात्रा पर उसके आयतन के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
• चार्ल्स का नियम: जब दबाव स्थिर रहता है तो गैस का आयतन और तापमान समानुपाती होता है।
• एवोगैड्रो का नियम: जब दबाव और तापमान स्थिर होते हैं तो गैस का आयतन गैस की मात्रा के समानुपाती होता है।
• अमोन्टन का नियम: गैस का दबाव और तापमान तब तक समानुपाती होता है जब तक कि गैस की मात्रा और आयतन स्थिर रहता है।