يتغير ضغط حاوية غاز مغلقة عند تسخينها. لا يمكن نسب درجة مئوية التنبؤ بتغير الضغط لأن نموذج الغاز يستخدم درجة الحرارة المطلقة.
بنِ النموذج
في نموذج الغاز، تتحرك الجزيئات عشوائياً وينتج الضغط عن نقل الزخم عند الجدران.
معادلة الغاز المثالي تربط بين الضغط والحجم والكمية ودرجة الحرارة المطلقة.
درجة الحرارة المطلقة: درجة الحرارة على مقياس كلفن.
الغاز المثالي: نموذج غازي يفترض افتراضات تبسيط محددة.
عند درجة حرارة ثابتة يبقى pV ثابتاً: 300 × 20 = 100 × 60 = 6,000
اختر الأدلة القادرة على اختبار النموذج
عند ثبوت الكمية والحجم، يكون الضغط طردياً مع درجة حرارة كلفن.
عند ثبوت درجة الحرارة والكمية، يكون الضغط عكسياً مع الحجم.
حدد الكميات الثابتة قبل اختيار العلاقة.
في المختبر: استخدم الأجهزة المعتمدة ذات نطاق درجة الحرارة والحد الأقصى للضغط المحددين من قبل المعلم. اترك النظام ليصل إلى التوازن الحراري وسجل الضغط مقابل درجة حرارة كلفن. لا تسخن أبدًا وعاءً مغلقًا غير معتمد.
اعمل من الكميات المعروفة
معلوم: الضغط هو 100 كيلو باسكال عند 300 كلفن، مع ثبوت الحجم والكمية.
عند 330 كلفن، p2/p1=T2/T1. p2=p1 T2/T1=100×330/300=110 كيلو باسكال.
ارتفاع مقدارها 30 درجة مئوية يمثل تغيراً مقداره 30 كلفن، لكن نسبة درجات الحرارة يجب أن تُحسب باستخدام كلفن.
دورك الآن: عند ثبوت الحجم، الضغط هو 120 كيلو باسكال عند 300 كلفن. أوجد الضغط عند 350 كلفن.
تحقق من الاستنتاج وحدوده
الغاز المثالي هو نموذج له شروط صلاحية.
الصفر المئوي ليس صفر حركة جزيئية، والطاقة الداخلية لا تُحدد بالضغط وحده.
غير صحيح: يمكن لنسبة ضغط الغاز استخدام درجات الحرارة المئوية دائمًا. لا تكون نسب درجات الحرارة ذات معنى إلا بدءًا من الصفر المطلق. النسبة بين 300 K و350 K هي 350/300؛ بينما تعطي نفس الدرجات بالدرجة المئوية، أي 27 و77، نسبة 77/27 - وهي إجابة مختلفة وخاطئة.
المفتاح:
في نموذج الغاز، تتحرك الجزيئات عشوائياً وينتج الضغط عن نقل الزخم عند الجدران.
عند ثبوت الكمية والحجم، يكون الضغط طردياً مع درجة حرارة كلفن.
انتبه: الغاز المثالي هو نموذج له شروط صلاحية.
اكتب بناءً على ضغط 96 كيلو باسكال
عند ثبوت الحجم، الضغط هو 80 كيلو باسكال عند درجة حرارة 250 كلفن.
أوجد الضغط عند 300 كلفن. يجب أن تستخدم كلفن في النسبة.
اكتب بناءً على فخ الدرجة المئوية
غاز عند 27 °C يُسخّن إلى 127 °C عند حجم ثابت.
يرتفع كلفن من 300 K إلى 400 K، فيرتفع الضغط بمقدار 400 ÷ 300 ≈ 1.33 — اعتبار 27 → 127 كنسبة هو الخطأ الكلاسيكي.
اكتب بناءً على نصف حجم
يُضاعف حجم الغاز عند ثبوت درجة الحرارة.
تصطدم الجزيئات بالجدران مرتين أكثر، فيضاعف الضغط — قانون بويل باعتبار التصادمات، حيث pV ثابت.
اكتب بناءً على قراءة الصفر المطلق
يُمدد خط ضغط الغاز ذات الحجم الثابت إلى الأسفل.
تصل إلى ضغط صفري عند -273 °C = 0 كلفن — مقياس الكلفن مُعَرَّف بذلك التقاطع، وليس بوساطة مقياس حرارة.
اكتب من مضاعفة درجة حرارة كلفن
غاز ذو حجم ثابت عند 150 K يُسخّن إلى 300 K.
يتضاعف الضغط — P/T ثابت، وتضاعف الكلفن يعني تضاعف الضغط عند ثبوت الحجم.
استكشف
Gas pressure uses kelvin temperature
$\frac{p_2}{p_1}=\frac{T_2}{T_1}\frac{V_1}{V_2}$
For a fixed amount of ideal gas, pressure rises with kelvin temperature and falls as volume increases.
المزيد من المواضيع في دبلومة البكالوريا الدولية · IB Diploma · Physics · SL
