الضغط هو كمية مادية يتم حسابها على النحو التالي: اقسم قوة الضغط على المنطقة التي تعمل عليها هذه القوة. يتم تحديد قوة الضغط بالوزن. أي جسم مادي يمارس الضغط لأنه يحتوي على بعض الوزن على الأقل. ستناقش المقالة بالتفصيل الضغط في الغازات. ستوضح الأمثلة ما يعتمد عليه وكيف يتغير.
الاختلاف في آليات الضغط للمواد الصلبة والسائلة والغازية
ما الفرق بين السوائل والمواد الصلبة والغازات؟ الأولين لهما حجم. الأجسام الصلبة تحتفظ بشكلها. يحتل الغاز الموجود في وعاء كل مساحته. هذا يرجع إلى حقيقة أن جزيئات الغاز عمليا لا تتفاعل مع بعضها البعض. لذلك تختلف آلية ضغط الغاز بشكل كبير عن آلية ضغط السوائل والمواد الصلبة.
دعونا نضع الوزن على الطاولة. تحت تأثير الجاذبية ، سيستمر الوزن في التحرك لأسفل عبر الطاولة ، لكن هذا لا يحدث. لماذا ا؟ لأن جزيئات الجدول تقترب من الجزيئاتالتي يتكون منها الوزن ، تقل المسافة بينهما كثيرًا بحيث تنشأ قوى التنافر بين جسيمات الوزن والطاولة. في حالة الغازات ، الوضع مختلف تمامًا.
الضغط الجوي
قبل النظر في ضغط المواد الغازية ، دعنا نقدم مفهومًا يستحيل بدون تفسيرات أخرى - الضغط الجوي. هذا هو تأثير الهواء (الغلاف الجوي) من حولنا. يبدو الهواء عديم الوزن بالنسبة لنا فقط ، بل له وزن ، ولإثبات ذلك ، دعونا نجري تجربة.
سنقوم بوزن الهواء في وعاء زجاجي. يدخل هناك من خلال أنبوب مطاطي في الرقبة. أزل الهواء بمضخة تفريغ. دعونا نزن القارورة بدون هواء ، ثم نفتح الصنبور ، وعندما يدخل الهواء يضاف وزنها إلى وزن القارورة.
الضغط في الوعاء
دعونا نتعرف على كيفية عمل الغازات على جدران الأوعية. لا تتفاعل جزيئات الغاز عمليًا مع بعضها البعض ، لكنها لا تتشتت عن بعضها البعض. هذا يعني أنهم ما زالوا يصلون إلى جدران السفينة ، ثم يعودون. عندما يصطدم الجزيء بالجدار ، فإن تأثيره يؤثر على الوعاء ببعض القوة. هذه القوة قصيرة العمر.
مثال آخر. دعونا نرمي كرة على لوح من الورق المقوى ، سوف ترتد الكرة ، وسوف ينحرف الورق المقوى قليلاً. دعونا نستبدل الكرة بالرمل. ستكون التأثيرات صغيرة ، ولن نسمعها حتى ، لكن قوتها ستتراكم. سيتم رفض الورقة باستمرار.
الآن لنأخذ أصغر الجسيمات ، على سبيل المثال جزيئات الهواء الموجودة في رئتينا. ننفخ على الورق المقوى وسوف ينحرف. نحن نفرضتضرب جزيئات الهواء الورق المقوى ، ونتيجة لذلك ، تؤثر عليه قوة. ما هذه القوة؟ هذه هي قوة الضغط
لنستنتج: ضغط الغاز ناتج عن تأثير جزيئات الغاز على جدران الوعاء. تتراكم القوى المجهرية التي تعمل على الجدران ، ونحصل على ما يسمى بقوة الضغط. نتيجة قسمة القوة على المنطقة هي الضغط.
السؤال الذي يطرح نفسه: لماذا ، إذا أخذت ورقة من الورق المقوى في يدك ، فإنها لا تنحرف؟ بعد كل شيء ، إنه في الغاز ، أي في الهواء. لأن ضربات جزيئات الهواء من جانب واحد والجانب الآخر من الورقة تتوازن مع بعضها البعض. كيف تتحقق مما إذا كانت جزيئات الهواء قد اصطدمت بالفعل بالجدار؟ يمكن القيام بذلك عن طريق إزالة آثار الجزيئات على جانب واحد ، على سبيل المثال ، عن طريق ضخ الهواء.
تجربة
يوجد جهاز خاص - مضخة تفريغ. هذا هو وعاء زجاجي على لوحة فراغ. يحتوي على حشية مطاطية بحيث لا توجد فجوة بين الغطاء واللوحة بحيث يتناسبان بإحكام مع بعضهما البعض. يتم توصيل مقياس ضغط بوحدة التفريغ ، والذي يقيس الفرق في ضغط الهواء خارج وتحت غطاء المحرك. يسمح الصنبور بتوصيل الخرطوم المؤدي إلى المضخة بالمساحة الموجودة أسفل الغطاء.
ضع بالونًا منفوخًا قليلاً تحت الغطاء. نظرًا لحقيقة أنها منتفخة قليلاً ، يتم تعويض تأثيرات الجزيئات داخل الكرة وخارجها. نغطي الكرة بغطاء ، ونشغل مضخة التفريغ ، ونفتح الصنبور. على مقياس الضغط ، سنرى أن الفرق بين الهواء الداخلي والخارجي آخذ في الازدياد. ماذا عن البالون؟ يزيد في الحجم. الضغط ، أي آثار الجزيئاتخارج الكرة ، يصبح أصغر. تبقى جزيئات الهواء داخل الكرة ، ويتم انتهاك تعويض الصدمات من الخارج والداخل. ينمو حجم الكرة بسبب حقيقة أن قوة ضغط جزيئات الهواء من الخارج يتم السيطرة عليها جزئيًا بواسطة القوة المرنة للمطاط.
الآن أغلق الصنبور ، أغلق المضخة ، افتح الصنبور مرة أخرى ، افصل الخرطوم للسماح للهواء تحت الغطاء. سيبدأ حجم الكرة في التقلص. عندما يكون فرق الضغط بالخارج وتحت الغطاء صفرًا ، فسيكون بنفس الحجم كما كان قبل بدء التجربة. تثبت هذه التجربة أنه يمكنك رؤية الضغط بأم عينك إذا كان أكبر من جانب واحد منه في الجانب الآخر ، أي إذا تمت إزالة الغاز من جانب وتركه من الجانب الآخر.
الاستنتاج هو: الضغط هو كمية تحددها تأثيرات الجزيئات ، لكن التأثيرات يمكن أن تكون أكثر عددًا وأقل عددًا. كلما زادت الضربات على جدران الوعاء ، زاد الضغط. بالإضافة إلى ذلك ، كلما زادت سرعة اصطدام الجزيئات بجدران الوعاء ، زاد الضغط الناتج عن هذا الغاز.
اعتماد الضغط على الحجم
لنفترض أن لدينا كتلة معينة من العين ، أي عدد معين من الجزيئات. في سياق التجارب التي سننظر فيها ، لا تتغير هذه الكمية. يوجد الغاز في اسطوانة بها مكبس. يمكن تحريك المكبس لأعلى ولأسفل. الجزء العلوي من الاسطوانة مفتوح ، وسنضع عليها غشاء مطاطي مرن. اصطدمت جزيئات الغاز بجدران الوعاء والغشاء. عندما يكون ضغط الهواء في الداخل والخارج هو نفسه ، يكون الفيلم مسطحًا.
إذا حركت المكبس لأعلى ،سيبقى عدد الجزيئات كما هو ، لكن المسافة بينها ستنخفض. سوف يتحركون بنفس السرعات ، ولن تتغير كتلتهم. ومع ذلك ، سيزداد عدد الضربات لأن الجزيء يجب أن يسافر مسافة أقصر للوصول إلى الجدار. نتيجة لذلك ، يجب أن يزداد الضغط ، ويجب أن ينحني الفيلم للخارج. لذلك ، مع انخفاض الحجم ، يزداد ضغط الغاز ، ولكن بشرط أن تظل كتلة الغاز ودرجة الحرارة دون تغيير.
إذا قمت بتحريك المكبس لأسفل ، فستزداد المسافة بين الجزيئات ، مما يعني أن الوقت الذي ستستغرقه للوصول إلى جدران الأسطوانة وسيزداد الفيلم أيضًا. الزيارات ستصبح أكثر ندرة. الغاز الخارجي له ضغط أعلى من الضغط الموجود داخل الاسطوانة. لذلك ، الفيلم سوف ينحني للداخل. الخلاصة: الضغط كمية تعتمد على الحجم
اعتماد الضغط على درجة الحرارة
افترض أن لدينا وعاء به غاز عند درجة حرارة منخفضة ووعاء به نفس الغاز بنفس الكمية عند درجة حرارة عالية. في أي درجة حرارة ، يكون ضغط الغاز بسبب تأثير الجزيئات. عدد جزيئات الغاز في كلا الوعاءين هو نفسه. الحجم هو نفسه ، وبالتالي فإن المسافة بين الجزيئات تبقى كما هي.
مع ارتفاع درجة الحرارة ، تبدأ الجسيمات في التحرك بشكل أسرع. وبالتالي ، فإن عدد وقوة تأثيرها على جدران الوعاء يزداد.
تساعد التجربة التالية على التحقق من صحة العبارة القائلة بأنه كلما زادت درجة حرارة الغاز ، يزداد ضغطه.
خذزجاجة ، عنقها مغلق ببالون. ضعه في وعاء من الماء الساخن. سنرى أن البالون منتفخ. إذا غيرت الماء في الحاوية إلى الماء البارد ووضعت زجاجة هناك ، سينكمش البالون بل ويسحب للداخل.
