خصائص الغازات – الضغط ودرجة الحرارة والحجم والانتشار
الفيزياءالفيزياء الحرارية والغازات17–18 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلاضخ جسيمات هيليوم خفيفة أو أرغون ثقيلة في صندوق، ولاحظ تصادمها المرن فيما بينها ومع الجدران. في شاشة «غاز مثالي» تسخّن أو تبرّد أو تسحب الجدار لتغيير الحجم أو تثبّت الحجم أو درجة الحرارة أو الضغط، ثم تقرأ مقياس الضغط والترمومتر؛ وفي شاشة «الطاقة» تُرسم توزيعات السرعة والطاقة الحركية ويُقارَن متوسط الطاقة الحركية للغازين؛ وفي شاشة «الانتشار» يُفتح حاجز بين الغازين لتراهما يختلطان من تلقاء نفسيهما. مقتبسة من محاكاة "Gas Properties" و"Gases Intro" و"Diffusion" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)؛ وأعيدت كتابتها.
الدرس: النظرية الحركية للغازات ومعادلة الغاز المثالي
ماذا تعرض
يتكون الغاز من جسيمات كثيرة تتحرك عشوائيًا وتتصادم تصادمًا مرنًا. ينشأ الضغط من دفعات الجسيمات حين تصطدم بالجدران، وتقيس درجة الحرارة متوسط طاقتها الحركية. لذلك يرتفع الضغط إذا سخّنت الغاز في حجم ثابت، أو ضغطته في درجة حرارة ثابتة، وتجمع العلاقة pV = NkT هذه القوانين كلها. عند درجة الحرارة نفسها تتحرك جسيمات الهيليوم الخفيفة أسرع من جسيمات الأرغون، لكن متوسط الطاقة الحركية واحد للغازين. والحركة الحرارية العشوائية وحدها تكفي ليختلط غازان، ويختلط الغاز الأخف أسرع.
طريقة الاستخدام
في تبويب «غاز مثالي» اضخ الغاز بالأزرار +10 He و+10 Ar، ثم حرّك منزلق «تسخين / تبريد:» أو اسحب المقبض على الجدار الأيمن، واختر كمية في «تثبيت» وراقب مقياس الضغط. في تبويب «الطاقة» بدّل بين «السرعة» و«الطاقة الحركية» وفعّل «منحنى نظري». في تبويب «الانتشار» اختر عدد الجسيمات ودرجة حرارة كل جانب ثم اضغط «فتح الحاجز».
المعاملات القابلة للتغيير
- شاشة البداية غاز مثالي, الطاقة, الانتشار
- جسيمات الهيليوم في البداية (شاشة الغاز المثالي) 0–120 جسيم
- جسيمات الأرغون في البداية (شاشة الغاز المثالي) 0–120 جسيم
- درجة الحرارة الابتدائية (كل الشاشات) 50–1000 K
- الكمية الثابتة (شاشة الغاز المثالي) لا شيء, الحجم, درجة الحرارة, الضغط
أسئلة للاستكشاف
- لماذا يرتفع الضغط عند تسخين الغاز والحجم ثابت؟
- عند درجة الحرارة نفسها، أي الغازين أسرع: الهيليوم أم الأرغون؟ ولماذا يتساوى متوسط طاقتيهما الحركية؟
- لماذا ينتشر الهيليوم إلى الجانب الآخر أسرع من الأرغون بعد فتح الحاجز؟
