مدى تأثير درجة الحرارة والضغط على حركة جزيئات الغازات

2011 تجارب علمية داخل المادة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

درجة الحرارة الضغط جزيئات الغازات الفيزياء

تحيط بنا الغازات من كل جانب – فهي تشكّل الهواء الذي نتنفسه. وعلى عكس السوائل والأجسام الصلبة، فإن الغازات تتحرك بحرية وتملأ أيّ حيّز من الفراغ. لذلك فإن فهم سلوكية الغازات يُعدّ أمراً مهماً للتنبؤ بأحوال الطقس.

تتكّون الغازات من وحدات دقيقة تسمى الجزيئات، وهي مماثلة للجزيئات الموجودة في الأجسام الصلبة والسوائل، لكن جزيئات الغاز تتمتع بحرّية الحركة والتنقل.

فعندما تتحرك جزيئات الغاز حول وعاء ما فإنها تشكل قوة دافعة على جدرانه، ويُطلق على هذه القوة الدافعة لوحدة المساحة اسم "الضغط".

 

يحدث الضغط بسبب اصطدام جزيئات الغاز مع بعضها ومع الجزيئات الموجودة في الوعاء الصلب، وكلما ازداد عدد الجزيئات في منطقة ما ازداد احتمال اصطدامها ببعضها وارتفع ضغط ذلك الغاز، ويكون ضغط الغاز متساوياً في جميع الاتجاهات.

يرتبط الحجم ودرجة الحرارة والضغط معاً ارتباطاً وثيقاً بحيث يؤدي التغيير في أحد تلك العوامل إلى تغيير العوامل الأخرى، فدرجة الحرارة هي قياس لمقدار طاقة جزيئات مادة ما.

وعندما يتم تسخين الغاز الموجود في وعاء بحجم ثابت تبدأ جزيئات الغاز بالحركة بسرعة أكبر ويزداد اصطدامها مع بعضها بسرعات أكبر، ما يؤدي إلى ارتفاع الضغط.

 

أما إذا تم إنقاص حجم الغاز عن طريق ضغطه مثلاً في حيّز أصغر من الفراغ فسترتفع كل من درجة حرارة وضغط ذلك الغاز.

ويرتفع الضغط لأن الجزيئات تصطدم مع بعضها بشكل ملحوظ، كما ترتفع درجة الحرارة لأن جزيئات الغاز تتحرك بسرعة أكبر.

 

عوامل الطقس

تؤدي التغيرات في كل من الضغط ودرجة الحرارة وحجم الهواء في الغلاف الجوي إلى حدوث أحوال الطقس على الأرض، فالهواء هو مزيج من غازات معظمها من الأكسجين والنتروجين.

كما يحتوي الهواء على بخار الماء (الماء في الحالة الغازية) الذي يكوّن الغيوم ويتساقط على الأرض على شكل مطر.

 

أما في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، فإن عدد الجزيئات يصبح أقل، وبالتالي فإن الضغط يكون أدنى.

يسخن الماء الموجود على سطح الأرض ثم يتبخر (يتحول إلى غاز)، وعندما يتصاعد بخار الماء إلى الغلاف الجوي ينقص ضغطه ثم يبرد نتيجة لذلك ويتكاثف أخيراً (يتحول ثانية إلى ماء) على شكل قطيرات صغيرة على سطح جسيمات الغبار الدقيقة التي تحملها الرياح.

 

وهذه الجسيمات المغطاة بالماء هي التي تكوّن الغيوم. وإذا هبطت درجة الحرارة أو الضغط أكثر فإن كل بخار الماء الموجود في الهواء يتكاثف ويسقط إلى الأرض على شكل أمطار.

من جهة ثانية، يسبب الضغط الجوي المنخفض العواصف ويؤدي إلى أحوال طقس غير مستقرة وماطرة أو ثلجية، في حين عادة ما يسبب الضغط الجوي المرتفع حالات الطقس ذات الهواء الساكن والسماء الصافية.

 

قانون الغاز المثالي

يسلك الغاز سلوكاً يتفق مع قانون الغاز المثالي الذي يصف كيف يتغير حجم الغاز وضغطه ودرجة حرارته استناداً إلى علاقة تلك العوامل الثلاثة مع بعضها.

يبين الشكل أدناه نقطة البداية بالنسبة لدرجة الحرارة والضغط والحجم في حالة الثبات. ويبين الشكل الثاني كيف يزداد الضغط عند نقصان الحجم.

أما الشكل الثالث فيبين كيف يزداد حجم الغاز عند تسخينه، في حين يبين الشكل الأخير كيف يزداد كل من الضغط ودرجة الحرارة عندما ينضغط الغاز في حيّز أصغر من الفضاء.

 

الطهي بالضغط

اخترع ديني بابين في عام 1679 القدر الكاتم (قدر الضغط)، استعنل هذا القدر في بادئ الأمر كجهاز تعقيم صناعي ولم يستخدم كأداة للطهي إلا خلال الحرب العالمية الثانية (1939 – 1945) لأنه كان يوفر الوقت والوقود.

القدر الكاتم هو وعاء محكم الإغلاق مصمم لطهي الطعام، عندما يتم تسخين القدر يصبح مملوءاً ببخار ذي ضغط عال.

 

ويمنع الضغط المرتفع داخل قدر الطبخ الماء الموجود في الطعام من الغليان، وبالتالي يصبح الماء حاراً جداً لكنه يبقى سائلاً ويساعد على طهي الطعام بسرعة كبيرة وبطريقة صحية.

يعد الحساء بأنواع والرز واللحم والفاصوليا والقمح والحبوب أطعمة مناسبة للطبخ في القدر الكاتم.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]