قانون الغاز المثالي: الضغط والحجم ودرجة الحرارة
1 · توقّع
كمية ثابتة من الغاز محكمة في وعاء صلب. إذا سخنتها، فماذا يحدث لضغطها؟
- ينقص الضغط مع ارتفاع درجة الحرارة.
- يزداد الضغط تناسبًا مع درجة الحرارة.
- لا يعتمد الضغط على درجة الحرارة.
2 · التجهيز
- افتح تجربة الغاز المثالي واضغط إعادة. 1 mol أرغون يملأ حجمًا ثابتًا 0.0249 m³.
- فعّل قراءة الضغط على الغرفة.
- اضبط درجة حرارة الغاز لكل تجربة وسجل الضغط.
3 · اجمع البيانات
| درجة الحرارة T (K) | الطاقة الداخلية U (J) | الضغط P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
ارسم الضغط P (المحور y) مقابل درجة الحرارة T (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم يمر بالأصل؟
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب P = nRT/V باستخدام n = 1 mol و R = 8.314 J/(mol·K) و V = 0.0249 m³. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا، عند حجم وكمية غاز ثابتين، يكون الضغط ودرجة الحرارة المطلقة متناسبين طرديًا.
5 · وسّع
- يشترط قانون الغاز المثالي درجة الحرارة بالكلفن لا السلسيوس. اشرح لماذا كسر استخدامُ السلسيوس (الذي يسمح بقيم سالبة وصفرية) التناسبَ المباشر الذي وجدته.
- عمود الطاقة الداخلية لديك ينمو أيضًا مع درجة الحرارة عند حجم ثابت. اشرح، باستخدام U = (f/2)nRT، لماذا رفع حرارة كمية ثابتة من الغاز عند حجم ثابت يزيد ضغطها وطاقتها الداخلية معًا.
الفيزياء خلف هذه التجربة
قانون الغاز المثالي
لـ n مول من الغاز المثالي، الضغط والحجم ودرجة الحرارة مقيدة معًا بالعلاقة P·V = n·R·T. عند n وV ثابتين، يرتفع الضغط بالتناسب المباشر مع درجة الحرارة المطلقة.
الطاقة الداخلية لغاز مثالي
تعتمد الطاقة الداخلية للغاز المثالي على درجة حرارته (ودرجات حريته f) فقط، لا على الضغط أو الحجم منفصلين: U = (f/2)nRT.