Gazlar (Fizik): Tanım, Özellikler ve Örnekler

Her gün soluduğumuz ve içinde hareket ettiğimiz hava, doğum günü balonlarımızdaki helyum ve evleri ısıtmak için kullanılan metan gazların yaygın örnekleridir. Gaz, katı ve sıvılarla birlikte maddenin üç ana durumundan biridir.

Maddenin halleri, parçacıkların ne kadar yakın paketlendiğine göre farklılık gösterir - ne kadar kinetik enerjiye sahip olduklarının bir sonucu olarak - bu da farklı özelliklerle sonuçlanır.

Katı halde, madde en sıkı şekilde paketlenmiştir. Bir katıdaki moleküller atomik bağlar ve çekimler ile bir arada tutulur. Sonuç olarak, serbestçe akmak yerine yerinde titreşirler. Katıların belirli şekilleri ve hacimleri vardır ve kolayca sıkıştırılamazlar; yani şekillerini oldukça iyi koruyorlar.

Sıvı haldeyken, moleküller arası daha zayıf bağlar sayesinde madde katı halde olduğundan daha az sıkı bir şekilde paketlenir. Bir yerçekimi alanının varlığında, bir sıvı, bulunduğu kabın şeklini alacaktır; yerçekimi yokluğunda, küresel şekiller oluşturur.

Gaz halindeki madde, kendisiyle zayıf etkileşimler yaşar. Parçacıklar oldukça özgürce hareket edebilir. Sonuç olarak gazlar içinde bulundukları kabın şeklini ve hacmini alırlar. Bir kek pişirdikten sonra fırını açın, içerideki gaz evin her tarafına yayılacak ve kekin her odadan kokması sağlanacaktır.

Fizikçiler tarafından maddenin bilinen en yeni hali, maddeyi oluşturan atomların kendilerinin parçalandığı bir durum olan plazmadır. Plazma, yalnızca güneşin merkezinde bulunanlar gibi aşırı sıcaklık ve basınçlarda oluşur. Bu koşullarda elektronlar atomlardan sıyrıldığından, bir plazma serbest elektronların, arta kalan pozitif yüklü iyonların ve nötr atomların bir karışımı haline gelir. Davranış açısından, bir plazma bir gaz gibi davranır, ancak içerdiği yükler nedeniyle elektromanyetik özelliklere de sahiptir.

Madde, basınç ve sıcaklık koşullarına bağlı olarak bir halden diğerine geçebilir. Böyle bir dönüşüm olarak bilinir faz değişimi. Örneğin, buz şeklindeki katı su, kaynama noktasına kadar ısıtıldığında eriyerek sıvı suya dönüşecek ve bu da daha fazla ısı eklenerek buharlaşarak su buharına dönüşecektir.

Buharlaşmanın tersi yoğuşmadır. Bir gaz yoğunlaşınca sıvı hale gelir.

Bir katı, doğrudan gaz halindeki bir madde haline geçebilir. süblimasyon. Süblimleşme, bir katı faz diyagramında üçlü noktasının altında belirli bir basınçta olduğunda gerçekleşir. Örneğin, kuru buz (katı karbon dioksit), bir atmosferde ısıtıldığında basitçe eriyen "normal" buzun (su) aksine, bir atmosferde ısıtıldığında süblimleşir.

Bir gazın resmi fizik tanımı, belirli bir hacmi (sabit hacim olarak da adlandırılır) veya belirli bir şekli olmayan bir maddedir. Bunun yerine, gaz molekülleri serbestçe hareket edebildikleri için bir gaz bulunduğu kabın şeklini alacaktır.

Tanınmış parçacık fizikçisi Enrico Fermi tarafından yaratılan ünlü bir varsayımsal problem bunu açıklamaya yardımcı olur. Fermi, öğrencilerinden bugün bir insanın kendi nefeslerinin her biri ile karşılaşmayı bekleyebileceği Sezar'ın ölmekte olan nefesinin kaç molekülünü tahmin etmelerini istedi. Roma imparatorunun son nefesinin şimdiye kadar tüm dünyaya eşit olarak dağıldığını (ve imparatorluk tarafından yeniden emilmediğini) varsayarsak. okyanus veya bitkiler), hesaplamalar, günümüz canlılarının, her biri ile son nefesinin yaklaşık bir molekülünü soluduğunu göstermektedir. onların.

Bir sıvı, bulunduğu kabın şeklini de alabilse de, bir sıvı yardımsız hacmini değiştirmez. Ancak bir gaz her zaman kabını doldurmak için yayılır ve tersine daha küçük bir kaba sıkıştırılabilir.

Bir gazı tanımlamak için önemli bir ölçüm, basınç. Bir gazın basıncı, gazın kabına uyguladığı birim alan başına kuvvettir. Daha fazla baskı daha fazla güce yol açar ve bunun tersi de geçerlidir.

Örneğin, yüksek basınca kadar pompalanan bir bisiklet lastiği dışarıdan öğretilmiş ve sert hissettirir. Düşük basınçlı lastik ise dışa doğru daha az kuvvet uygular ve sonuç olarak daha yumuşak ve daha yumuşak hissettirir.

Bir gazın bir diğer önemli özelliği, sıcaklık. Bir gazın sıcaklığı, gazdaki molekül başına ortalama kinetik enerjinin bir ölçüsü olarak tanımlanır. Tüm moleküller titreştiği için hepsinin bir miktar kinetik enerjisi vardır.

Maddenin gaz halinde olup olmadığını belirlemek için hem basınç hem de sıcaklık gereklidir. Bazı maddeler yalnızca yüksek sıcaklıklarda gaz iken diğerleri düşük sıcaklıklarda veya oda sıcaklığında gaz halindedir. Bu arada, bazı maddeler sadece yüksek sıcaklıklarda gazdır. ve düşük basınçlar. Bir faz diyagramı, belirli bir madde için maddenin çeşitli sıcaklık ve basınç kombinasyonlarındaki durumunu gösterir.

Gazlar çevremizdeki dünyada bol miktarda bulunur. Yaygın bir sera gazı olan karbondioksit, insanlığın mevcut faaliyetlerinin çoğuna güç sağlamak için yakıt yakıldığında ortaya çıkar. Sıvı su buharlaştığında, buhar veya su buharı olur - soba üstlerinde ve güneş altında dışarıdaki su birikintilerinde meydana gelen bir süreç.

Hava olarak bilinen gaz karışımı - tipik olarak yüzde 78 azot, yüzde 21 oksijen ve yüzde 1 diğer gazlar - tüm karasal canlıları çevreler ve solunum yoluyla vücutlarıyla alışveriş yapar sistem. Birçok hayvan nefes alırken havadan oksijen çeker ve vücutlarından karbondioksiti atar, birçok bitki ise bunun tersini yaparak karbondioksit alır ve oksijen verir.

Gazların davranışını daha iyi açıklamaya yardımcı olmak için fizikçiler, gazların çok sayıda gazdan oluşması durumunda nasıl davranacağını tahmin etmeyi severler. düz çizgilerde hareket eden ve moleküller arası kuvvetler yaşamayan nokta parçacıkları - başka bir deyişle bir diğeri.

Tabii ki, hiçbir gaz aslında ideal değildir, ancak bir gazın nasıl olur Böyle bir tanım altında hareket eden fizikçiler, gaz özellikleriyle ilgili çok sayıda basit yasayı tek bir yasada birleştirebilirler: ideal gaz yasası.

• İdeal gaz yasası, PV = nRT, nerede P basınçtır, V hacimdir, n gazın mol sayısıdır, $ gaz sabitidir ve T sıcaklıktır.

Spesifik olarak, ideal gaz yasası, birleşik gaz yasasındaki ilişkilerin parçalarını gösteren dört basit gaz yasasından türetilmiştir. Onlar:

• Boyle yasası: Bir gazın basıncı, sabit bir sıcaklıkta ve gaz miktarında hacmiyle ters orantılıdır.
• Charles yasası: Bir gazın hacmi ve sıcaklığı, basınç sabit tutulduğunda orantılıdır.
• Avogadro yasası: Bir gazın hacmi, basınç ve sıcaklık sabit olduğunda gaz miktarıyla orantılıdır.
• Amonton yasası: Bir gazın miktarı ve hacmi sabit tutulduğu sürece bir gazın basıncı ve sıcaklığı orantılıdır.