مفاهيم ووحدات قوانين الغازات

نظرة عامة

الفصل الثاني يتناول موضوع الغازات، ويركّز على ثلاثة أعمدة رئيسية هي الحجم، ودرجة الحرارة، والضغط، مع توحيد الوحدات والتحويل بينها. فهم هذه الأساسيات ضروري قبل الدخول في قوانين الغازات مثل بويل وشارل وغيلوساك.

أعمدة الفصل الثلاثة (المفاهيم الرئيسة)

• الفصل يعتمد على ثلاث كميات فيزيائية رئيسة للغازات: الحجم، درجة الحرارة، الضغط.
• تشبيه الأعمدة بثلاث أرجل للكرسي؛ لا يستقر الموضوع إلا بفهمها معاً.
• لكل كمية رمز ووحدات معينة، نستخدم واحدة مفضلة في هذا الفصل.

جدول ملخص الأعمدة الثلاثة

أولاً: الحجم

• رمز الحجم: V.
• وحدات الحجم التي تظهر في الأسئلة: لتر، ملي لتر، سنتيمتر مكعب.
• في هذا الفصل نعتمد فقط على وحدة اللتر في الحلول.
• الملي لتر يساوي سنتيمتر مكعب؛ هما نفس المقدار بوحدتين مختلفتين.
• المطلوب دائماً: تحويل أي ملي لتر أو سنتيمتر مكعب إلى لتر قبل التعويض في القوانين.

مخطط تحويل وحدات الحجم

• من صغير إلى كبير (ملي لتر أو سنتيمتر مكعب → لتر): نقسم على 1000.
• من كبير إلى صغير (لتر → ملي لتر أو سنتيمتر مكعب): نضرب في 1000.

جدول تحويل الحجم

أمثلة على تحويل الحجم

• مثال: حجم غاز N₂ يساوي 750 مليلتر، المطلوب حجمه باللتر.

  • من صغير (مليلتر) إلى كبير (لتر) → نقسم على 1000.
  • 750 ÷ 1000 = 0.75 لتر (باستخدام نقل الفارزة مرتبتين).

• مثال: حجم غاز NO₂ يساوي 800 سم³، المطلوب باللتر.

  • من صغير إلى كبير → تقسيم على 1000.
  • 800 ÷ 1000 = 0.8 لتر.

• مثال معاكس: عينة من غاز O₂ حجمها 0.125 لتر، ما حجمها بالملي لتر؟

  • من كبير (لتر) إلى صغير (ملي لتر) → نضرب في 1000.
  • 0.125 × 1000 = 125 ملي لتر (تحريك الفارزة ثلاث مراتب نحو اليمين).

ثانياً: درجة الحرارة

• رمز درجة الحرارة: T كابتل.
• وحدات القياس: سليزي (°C)، قلفن (K).
• في هذا الفصل نعتمد على وحدة القلفن في قوانين الغازات.
• T كابتل تمثل درجة الحرارة، T سمول تمثل الزمن (time).

مخطط تحويل درجة الحرارة

• من سليزي إلى قلفن: نجمع 273.
• من قلفن إلى سليزي: نطرح 273.

جدول تحويل درجة الحرارة

توضيحات حول درجة الحرارة

• درجة الحرارة: مقياس لشدة حرارة الجسم أو برودته.
• الحرارة نفسها: كمية من الطاقة، تختلف عن درجة الحرارة رغم العلاقة بينهما.
• في مسائل الغازات يجب دائماً استخدام القلفن في القوانين.

أمثلة على تحويل درجة الحرارة

• مثال 1: درجة حرارة الجو = 3 °C، المطلوب بالقلفن.

  • T (K) = 3 + 273 = 276 K.

• مثال 2 (حالتان):

  • الحالة الأولى: ماء بدرجة 80 °C، المطلوب بالقلفن.
    • T (K) = 80 + 273 = 353 K.
  • الحالة الثانية: ماء بدرجة −13 °C (ثلج تقريباً)، المطلوب بالقلفن.
    • إشارات مختلفة: نجمع في القانون، لكن الحساب يتعامل مع السالب.
    • T (K) = −13 + 273 = 260 K (بالحساب: 273 − 13 = 260).

واجب (تحويل سليزي إلى قلفن)

• حول الدرجات الآتية من سليزي إلى قلفن:
  • 100 °C
  • −100 °C
  • 1 °C
  • 127 °C

ثالثاً: الضغط

• رمز الضغط: P (من كلمة Pressure).
• تعريف مبسط: القوة المسلطة عمودياً على وحدة المساحة.
• وحدات الضغط المستخدمة:
  • ATM (ضغط جوي)
  • تور (Torr)
  • ملي زئبق (mmHg)
• في هذا الفصل والوحدات المتقدمة نفضل استخدام ATM دائماً.

مخطط تحويل وحدات الضغط

• من تور أو ملي زئبق إلى ATM: نقسم على 760.
• من ATM إلى تور أو ملي زئبق: نضرب في 760.

جدول تحويل الضغط

أمثلة على تحويل الضغط

• مثال 1: حول ضغط غاز مقداره 688 تور إلى ATM.

  • من تور إلى ATM → نقسم على 760.
  • الضغط (ATM) = 688 ÷ 760 = 0.905 ATM (باستخدام القسمة الطويلة والكسور العشرية).

• مثال 2: حول ضغط غاز 1.5 ATM إلى تور.

  • من ATM إلى تور → نضرب في 760.
  • 1.5 × 760 → نحرك الفارزة: 15 × 76.
  • 15 × 76 = 1140 تور.

تمارين توضيح القسمة الطويلة (ضغط)

• لتقسيم 688 على 760:
  • 688 أصغر من 760، نضع 0 ثم فارزة، ونضيف صفر: 6880 ÷ 760.
  • نجرب 9: 9 × 760 = 6840 أقل من 6880، إذن الرقم 9 صحيح.
  • نكمل استخراج الباقي وإضافة الأصفار حتى نحصل على 0.905 تقريباً.

لمحة عن القوانين القادمة في الغازات

• بعد فهم الحجم ودرجة الحرارة والضغط ووحداتهم، ننتقل لقوانين الغازات.
• القوانين الرئيسة في الفصل:
  • قانون بويل: علاقة الحجم بالضغط عند ثبوت درجة الحرارة.
  • قانون شارل: علاقة الحجم بدرجة الحرارة عند ثبوت الضغط.
  • قانون غيلوساك: علاقة الضغط بدرجة الحرارة عند ثبوت الحجم.
• في نهاية الفصل، تُجمع هذه القوانين في قانون واحد يسمى القانون الموحد للغازات.

المصطلحات الأساسية والتعريفات

• الحجم (V): الحيز الذي يشغله الغاز، يقاس باللتر أو الملي لتر أو السنتيمتر المكعب.
• درجة الحرارة (T): مقياس لشدة سخونة أو برودة الجسم، نعتمد القلفن في الغازات.
• الحرارة: كمية من الطاقة تنتقل بين الأجسام، تختلف عن درجة الحرارة.
• الضغط (P): القوة المسلطة عمودياً على وحدة المساحة.
• سليزي (°C): وحدة قياس درجة الحرارة في الحياة اليومية والتجارب.
• قلفن (K): وحدة مطلقة لدرجة الحرارة، تستخدم في قوانين الغازات.
• ATM: وحدة الضغط الجوي القياسي، مفضلة في مسائل الغازات.
• تور (Torr): وحدة للضغط تعادل جزءاً من الضغط الجوي.
• ملي زئبق (mmHg): وحدة ضغط تعتمد على ارتفاع عمود الزئبق في مقياس الضغط.

إجراءات / واجبات مقترحة للطالب

• كتابة المخططات الثلاثة في الدفتر بشكل منظم: الحجم، درجة الحرارة، الضغط.
• حفظ وحدات كل كمية، مع التركيز على اللتر، القلفن، والـATM كوحدات معتمدة.
• حل واجب تحويل درجات الحرارة من سليزي إلى قلفن: 100، −100، 1، 127.
• إعادة حل مثال 688 تور إلى ATM باستخدام القسمة الطويلة للتدريب.
• الاستعداد للمحاضرة القادمة عن قوانين الغازات:
  • قانون بويل (الحجم والضغط).
  • قانون شارل (الحجم ودرجة الحرارة).
  • قانون غيلوساك (الضغط ودرجة الحرارة).