قانون الضغط

قانون باسكال للضغط

قانون باسكال للضغط هو قانون فيزيائي ينص على أن الضغط المطبق على سائل مغلق ينتقل بنفس القيمة إلى جميع نقاط السائل. هذا القانون يعتبر حالة خاصة من مبدأ الاستمرارية للضغط، وهو أحد المبادئ الأساسية في ميكانيكا الموائع. قانون باسكال للضغط يمكن أن يستخدم لشرح ظاهرة الرفع الهيدروليكي، وهي طريقة لتحويل قوة صغيرة إلى قوة كبيرة عن طريق استخدام سائل غير قابل للضغط. قانون باسكال للضغط يحمل اسم العالم والفيلسوف الفرنسي بليز باسكال، الذي اشتهر بدراساته في مجالات الضغط والمائعات.

قانون بويل للضغط

قانون بويل للضغط هو أحد قوانين الغازات المثالية، وهو يبين العلاقة العكسية بين ضغط الغاز وحجمه عند ثبات درجة حرارته وكميته. هذا القانون سمي على اسم العالم روبرت بويل، الذي أجرى تجارب على تأثير تغير حجم الوعاء على ضغط الغاز المحصور فيه. قانون بويل يمكن أن يستخدم لشرح ظواهر مختلفة في الحياة اليومية، مثل انفجار البالونات، أو تغير حجم رئتي الإنسان مع التنفس، أو تأثير الضغط الجوي على ارتفاع المركبات الجوية.

قانون بويل يمكن أن يصاغ رياضياً بالصورة التالية:

$$P_1V_1 = P_2V_2$$

حيث:

• $P_1$ هو ضغط الغاز الأولي، و$P_2$ هو ضغط الغاز النهائي.
• $V_1$ هو حجم الغاز الأولي، و$V_2$ هو حجم الغاز النهائي.
• درجة حرارة وكمية الغاز ثابتة.

لفهم قانون بويل، يمكن استخدام جهاز بسيط يتكون من أنبوب متدرج محتوي على غاز، وخزان ملئ بالزيت متصل بالأنبوب. عند تحريك خزان الزيت، يتغير حجم الغاز في الأنبوب، وبالتالي يتغير ضغطه. يمكن قراءة قيمة الضغط من مقياس بوردون المربوط بخزان الزيت. يلاحظ أن عند زيادة حجم الغاز، يقل ضغطه، وعند قلة حجمه، يزداد ضغطه. هذا ما يؤكده قانون بويل.

قانون تشارلز للضغط

قانون تشارلز للضغط هو قانون فيزيائي يربط بين حجم الغاز المثالي ودرجة حرارته عند ثبوت الضغط. هذا القانون يعبر عن العلاقة الطردية بين حجم الغاز ودرجة حرارته المطلقة، أي كلما زادت درجة حرارة الغاز، زاد حجمه، وكلما قلت درجة حرارة الغاز، قل حجمه. قانون تشارلز للضغط يحمل اسم العالم الفرنسي جاك شارل، الذي اكتشف هذه العلاقة عام 1787.

قانون تشارلز للضغط يمكن أن يصاغ رياضياً بالصورة التالية:

$$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$$

أو

$$V_1T_2 = V_2T_1$$

حيث:

• $V_1$ و$V_2$ هما حجم الغاز الأولي والنهائي بوحدة متر مكعب أو لتر.
• $T_1$ و$T_2$ هما درجة حرارة الغاز الأولية والنهائية بوحدة كلفن.
• الضغط ثابت.

قانون تشارلز للضغط يدخل في شرح ظواهر مختلفة في الحياة اليومية، مثل:

• تمدد المناطيد عند تسخينها بالشمس أو انكماشها عند تبريدها بالبرودة.
• انفجار علب المشروبات أو المزيلات عند رفع درجة حرارتها إلى أكثر من 50 درجة مئوية.
• تغير حجم رئتي الإنسان مع التنفس.

قانون أفوجادرو للضغط

قانون أفوجادرو للضغط هو قانون يعبر عن العلاقة بين حجم الغاز المثالي وكمية المادة الموجودة فيه عند ثبات الضغط والحرارة. هذا القانون ينص على أن حجوم متساوية من غازات مختلفة تحتوي على عدد متساو من الجزيئات إذا كانت تحت ظروف متماثلة من الضغط والحرارة. قانون أفوجادرو للضغط يحمل اسم العالم الإيطالي أميديو أفوجادرو، الذي اكتشف هذه العلاقة في عام 1811.

قانون أفوجادرو للضغط يمكن أن يصاغ رياضياً بالصورة التالية:

$$V \propto n$$

أو

$$\frac{V}{n} = k$$

أو

$$\frac{V_1}{n_1} = \frac{V_2}{n_2}$$

حيث:

• $V$ هو حجم الغاز بوحدة متر مكعب أو لتر.
• $n$ هو كمية المادة للغاز بوحدة مول.
• $k$هو ثابت يساوي حجم مول واحد من الغاز عند ظروف معيارية، وهو 22.4 لتر.
• الفراغات 1 و 2 تشير إلى حالتين مختلفتين للغاز.

قانون أفوجادرو للضغط يدخل في شرح ظواهر مختلفة في الحياة اليومية، مثل:

• تغير حجم البالونات عند نقلها من مكان إلى آخر.
• تأثير التغيرات في درجة حرارة وضغط الهواء على كثافة الغلاف الجوي.
• تحديد كتلة المول للعناصر والمركبات.

قانون جاي لوساك للضغط

قانون جاي-لوساك للضغط هو قانون فيزيائي يعبر عن العلاقة الطردية بين ضغط الغاز المثالي ودرجة حرارته المطلقة عند ثبات حجمه وكميته. هذا القانون يحمل اسم العالم الفرنسي جوزيف جاي-لوساك، الذي اكتشف هذه العلاقة في عام 1802.

قانون جاي-لوساك للضغط يمكن أن يصاغ رياضياً بالصورة التالية:

$$P \propto T$$

أو

$$\frac{P}{T} = k$$

أو

$$\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}$$

حيث:

• $P$ هو ضغط الغاز بوحدة نيوتن لكل متر مربع أو باسكال.
• $T$ هو درجة حرارة الغاز بوحدة كلفن.
• $k$ هو ثابت يعتمد على كمية وطبيعة الغاز.
• الفراغات 1 و 2 تشير إلى حالتين مختلفتين للغاز.

قانون جاي-لوساك للضغط يدخل في شرح ظواهر مختلفة في الحياة اليومية، مثل:

• زيادة ضغط إطارات السيارات عند تسخينها بالشمس.
• انخفاض ضغط الهواء في المرتفعات.
• تأثير درجة حرارة المحرك على ضغط وقود البنزين.

أمثلة متنوعة على قوانين الضغط

• مثال على قانون باسكال للضغط: إذا كان هناك وعاء محتوي على ماء، وفي أحد جوانبه ثقب صغير، فإذا زاد الضغط على سطح الماء من الجهة المقابلة للثقب، سيخرج الماء من الثقب بسرعة أكبر، وبزاوية أكبر.
• مثال على قانون بويل للضغط: إذا كان هناك بالون مملوء بالهواء، وتم ضغطه بيد الإنسان، فإذا قل حجم البالون، زاد ضغط الهواء في داخله، وعكس ذلك صحيح.
• مثال على قانون تشارلز للضغط: إذا كان هناك بالون مملوء بالهواء، وتم تسخينه بالشمس، فإذا زادت درجة حرارة الهواء في داخله، زاد حجم البالون، وعكس ذلك صحيح.
• مثال على قانون أفوجادرو للضغط: إذا كان هناك وعاء يحتوي على 22.4 لتر من الأكسجين عند ضغط وحرارة معيارية، فإن هذا الحجم يحتوي على 6.02×10^23 جزيء من الأكسجين، وهذا يسمى المول.
• مثال على قانون جاي-لوساك للضغط: إذا كان هناك اسطوانة تحتوي على غاز، وتم تسخينها بمصباح كهربائي، فإذا زادت درجة حرارة الغاز، زاد ضغطه على جدران الاسطوانة.