شرح درس خصائص الموائع – حالات المادة

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

شرح درس خصائص الموائع – حالات المادة

نبدأ على بركة الله

الضغط :

في الشكل السابق نرى كوبا من الماء وبه مكعبات من الثلج . في الواقع هذا الكوب يظهر لنا حالتين من حالات الماء وهما :

الحالة الصلبة حيث أن مكعبات الثلج لها شكل ثابت وكتلة ثابتة أما الماء في الحالة السائلة فهو يأخذ شكل الوعاء الذي يحتويه . ولو أنك قمت بغلي الماء فسترى الحالة الثالثة وهي الحالة الغازية والتي ينتشر فيها بخار الماء ليملأ الغرفة .

من المهم أن نعلم أن كل من السوائل و الغازات تشترك في كونها موائع (أي أنها مواد تتدفق وليس لها شكل محدد) .

الضغط في الموائع : يمثل القوة المؤثرة في سطح ما مقسومة على مساحة ذلك السطح .

علل : أي شيء يولد ضغطا لابد أن يكون قادرا على إحداث تغيير وإنجاز شغل .

لأن الضغط قوة تؤثر في السطح .

ملاحظة : يعد الضغط كمية قياسية (غير متجهة) , ويقاس بوحدة الباسكال (pa) والتي تعادل 1 N/m ² .

ملاحظة 2: لأن الباسكال وحدة صغيرة فإن الكيلو باسكال (kpa) الذي يساوي 1000 pa أكثر استخداما وشيوعا .

المواد الصلبة والسوائل والضغط :

عندما تقف على سطح بحيرة متجمدة فإن القوة التي تؤثر بها قدميك في الجليد تتوزع على مساحة حذائك مولدة ضغطا على الجليد (الذي يتكون من جزيئات الماء المتذبذبة ) حيث يؤثر الجليد على قدميك بقوة راسية إلى أعلى تساوي وزنك . ومن الطبعي أن تخترق سطح الماء عندما ينصهر الجليد وذلك نتيجة ضعف الروابط بين جزيئات الماء.

جزيئات الغاز والضغط :

إن الضغط الذي تؤثر به الغازات يمكن فهمه بتطبيق نظرية الحركة الجزيئية للغازات التي توضح خصائص الغاز المثالي . وعلى الرغم من أن جزيئات الغاز الحقيقية تحتل حيزا من الفراغ , ولها قوة تجاذب جزيئية , إلا أن الغاز المثالي عبارة عن نموذج جيد للغاز الحقيقي تحت ظروف معينة , بحيث يمكن تطبيق قوانينه على الغازات الحقيقية , وتكون النتائج عالية الدقة .

بناء على نظرية الحركة الجزيئية فإن جزيئات الغاز تتحرك عشوائيا وبسرعة عالية , وتخضع لتصادمات مرنة بعضها ببعض . وعندما يرتطم جزيء الغاز بسطح الإناء فإنه يرتد مغيرا زخمه الخطي , أي أنه ينتج دفعا , ويولد ضغط للغاز عند السطح بفعل الدفع الذي تؤثر به التصادمات العديدة للجزيئات .

الضغط الجوي :

يؤثر غاز الغلاف الجوي في كل سنتمتر مربع من سطح الأرض بقوة 10N تقريبا عند مستوى سطح البحر والتي تعادل وزن جسم كتلته 1kg .

يوضح الجدول التالي بعض قيم الضغط النموذجية :

قوانين الغاز :

في أثناء دراسة العلماء للغازات والضغط لاحظوا وجود بعض العلاقات المثيرة للاهتمام ,

- وكانت أول علاقة يتم اكتشافها هي  قانون بويل نسبة للكيميائي والفيزيائي روبرت بويل , والذي ينص على أن حجم عينة محددة من الغاز يتناسب عكسيا مع الضغط المؤثر عليه عند ثبوت درجة الحرارة , ولان حاصل ضرب المتغيرات المتناسبة عكسيا ثابت , فيمكن كتابة قانون بويل على النحو التالي :

- ثاني علاقة تم اكتشافها كانت من اكتشاف بويل على يد العالم جاك شارلز والذي لاحظ أثناء تبريده للغاز أن حجمه يتقلص بمقدار 1/273 من حجمه الأصلي عند انخفاض درجة حرارته علاقة خطية .

ومن الجدير بالذكر أن العالم شارلز لم يستطع تبريد الغاز إلى درجات حرارة منخفضة جدا كما يحصل في المختبرات الحديثة الآن , ولذلك قام بمد المنحنى البياني لبياناته عند درجات الحرارة المنخفضة تلك , فتبين له من ذلك أنه إذا انخفضت درجة الحرارة إلى -273 C فإن حجم الغاز يصبح صفرا . وسميت درجة الحرارة التي يصبح عندها حجم الغاز يساوي صفرا بالصفر المطلق .

 الصفر المطلق : هي درجة الحرارة التي يصبح عندها حجم الغاز يساوي صفرا . والتي تمثل الآن الصفر بمقياس كلفن الحراري .

تشير التجارب إلى أنه عند ثبوت الضغط فإن حجم عينة الغاز يتغير طرديا مع درجة حرارتها , وتسمى هذه النتيجة بقانون شارلز :

إن دمج قانوني بويل وشارلز يربط بين الضغط والحرارة والحجم لكمية معينة من الغاز المثالي مما ينتج عنه معادلة تسمى بالقانون العام للغازات

القانون العام للغازات :

لكمية معينة من الغاز المثالي ,يكون حاصل ضرب ضغط الغاز في حجمه مقسوما على درجة حرارته بوحدة الكلفن يساوي قيمة ثابتة .

وكما في الشكل 6-4 فإن القانون العام للغازات يختزل لقانون بويل عند ثبات درجة الحرارة ويختزل أيضا لقانون شارلز عند ثبات الضغط .

قانون الغاز المثالي :

للغاز المثالي , يكون حاصل ضرب ضغط الغاز في حجمه يساوي عدد المولات مضروبا في الثابت R ودرجة حرارته بوحدة كلفن .

حيث أن P هي الضغط و V هي حجم الغاز و n عدد المولات و R هو قيمة ثابتة ومعلومة (يتم إعطائها في المسائل) وT درجة الحرارة

ملاحظة : تتمدد لغازات كلما ارتفعت درجة الحرارة . وتعرف هذه الخاصية بالتمدد الحراري .

علل : لماذا يطفو الجليد ؟

لأنه عند رفع درجة حرارة الماء من 0C إلى 4C فإنه يتقلص بدلا من أن يتمدد . وذلك بسبب تزايد قوى الترابط بين جزيئات الماء . وانهيار بلورات الجليد وضمورها . لكن بمجرد أن ترتفع درجة حرارة الماء فوق  4˚Cيتزايد حجمه بسبب تزايد الحركة الجزيئية. والنتيجة أن الماء يكون أكبر كثافة عند ،  4 ˚Cلذا يطفو الجليد فوق الماء.

البلازما :

من المعروف أنه عند تسخين المادة الصلبة فإنها تتحول إلى سائل ومع استمرار التسخين تتحول إلى غاز ولكن ماذا يحدث إذا استمريت في تسخين الغاز ؟

إن ما سيحدث ببساطة هو ان التصادمات بين الجزيئات ستصبح كبيرة إلى حد يكفي لانتزاع الإلكترونات من الذرات , وتنتج أيونات موجبة الشحنة . إن الحالة شبه الغازية للإلكترونات السالبة والأيونات الموجبة تسمى بلازما .

ملاحظة : تعد البلازما حالة أخرى من حالات الموائع للمادة  .

ملاحظة : الفرق بين الغاز والبلازما أن البلازما لها قدرة على التوصيل الكهربائي , في حين أن الغازات ليس لها هذه القدرة , والصواعق المضيئة تكون أيضا في حالة البلازما .

تم بحمد الله

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "

بالتوفيق للجميع ...^_^