فيزياء الباب السادس نص قانون شارل لصف ثالث ثانوي

الدرس في شكل نص مقروء



فيزياء - الباب السادس| نص قانون شارل



نص قانون شارل



عند ثبوت الضغط يزداد حجم كمية معينة من غاز بمقدار من حجمها الأصلي عند صفر سليزيوس لكل إرتفاع في درجة الحرارة قدره.





درجة واحدة سيليزية مع بقاء الضغط ثابت.


حجم الغاز بعد التسخين ، t مقدار الإرتفاع في درجات الحرارة السيليزية .


الإحتياطات في قانون شارل (مواصفات جهاز شارل لثبوت الضغط)



1- أن يكون الهواء المحبوس جافا خاليا من بخار الماء ( باستخدام
قطره حمض كبريتيك مركز ) لأنه إذا كان الهواء رطبا أي يحتوي علي بخار ماء
سوف يتكثف في درجة صفر متحولا الي ماء ثم يتبخر في درجة 100 متحولا الي
بخار وضغط الماء يختلف عن ضغط البخار كما أن تمدد السوائل مختلف عن تمدد
الغازات.


2- أن يكون طول عمود الهواء المحبوس أسفل قطرة السائل مغمورا بكامله
في الغلاف الزجاجي لضمان الغمر الكامل لعمود الهواء في نفس درجة حرارة
الحمام .


3- أن تكون الأنبوبة الشعرية منتظمة المقطع كي يكون حجم الهواء
المحبوس متناسبا مع ارتفاع عمود الهواء المحبوس = مساحة مقطع الأنبوبة ×
ارتفاع عمود الهواء.


4- استخدام قطرة سائل قابلة للحركة لثبوت ضغط الغاز المحبوس كما
يلي : عند التسخين تزداد سرعة جزيئات الغاز وتتحرك القطرة إلي أعلي وتزداد
المسافة بين تصادمين بنفس المقدار ويظل معدل عدد التصادمات ثابت ويظل الضغط
ثابت وعند التبريد تنخفض سرعة جزيئات الغاز وتتحرك القطرة إلي أسفل وتقل
المسافة بين تصادمين بنفس المقدار فيظل معدل عدد التصادمات ثابتا ويظل
الضغط ثابت .


5- الانتظار مدة كافية ليأخذ الهواء المحبوس (0,10 ) في كل مرة .





مقياس كلفن لدرجات الحرارة

بأخذ نتائج تجربة شارل وتمثيلها بيانيا بحيث يمثلVOL علي المحور الراسي ودرجة الحرارة ( t) سليزيوس علي المحور الأفقي .


النتائج :


نحصل علي خط مستقيم يقطع المحور الرأسي عند درجة صفر سليزيوس ويمثل
الحجم عند درجة صفر سليزيوس .بامتداد الخط المستقيم علي استقامته حتى
يقطع المحور الأفقي لدرجات الحرارة عند (-273) درجة سليزيوس وهي اقل درجة
حرارة يمكن الوصول إليها وتسمي ( صفر كلفن أو الصفر المطلق ) وهي بداية
تدريج كلفن .


تعريف الصفر المطلق :-


هو درجة الحرارة التي ينعدم عندها حجم الغاز نظريا وليس عمليا عند
ثبوت الضغط . ( مصر 1994، مصر 2005 )





علل:- عند صفر كلفن ينعدم الحجم نظريا وليس عمليا عند ثبوت الضغط ؟

جـ: ينعدم حجم الغاز نظرياً لأنه يتضح من الرسم البياني عند درجة
(-273) سليزيوس ينعدم الحجم - ولكن يستحيل أن يحدث ذلك عملياً لأنه
يتعارض مع قانون بقاء المادة وما يحدث هو أن الغاز يتحول إلي سائل ثم إلي
جامد قبل أن يصل إلي درجة ( -273) سليزيوس فلا يتبع قوانين الغازات ، بينما
يتبع قوانين الحالة التي تحول إليها.


* العلاقة بين الدرجة الكلفينيه والدرجة السليزيه :


من الرسم البياني يتضح أن ( -273 ) درجة سليزيه تقابل صفر كلفن

إذن صفر سليزيوس يقابل ( 273 ) درجة كلفنية وبالتالي 100 درجة
سليزية = 373 درجة كلفن . إذن الدرجة الكلفنية = الدرجة السليزيه + 273
حيث) T) درجة الحرارة الكلفنية ، ( t ) درجة الحرارة السليزيه - ومنها
وعلي ذلك يكون = const


تعريف آخر لقانون شارل :

عند ثبوت الضغط يتناسب حجم كمية معينة من غاز تناسبا طرديا مع درجة حرارته علي تدريج كلفن .




مثال 1:

دورق سعته 100 سم3 عند درجة 25o سيليزيوس ملئ بغاز النتروجين تحت
ضغط ثابت عند نفس درجة الحرارة – ثم وضع في سائل درجة غليانه 80o سيليزيوس –
وقيس حجم الغاز تحت ضغط ثابت فكان 118.5 سم3 فأوجد معامل التمدد الحجمي
لغاز النتروجين تحت ضغط ثابت .


الحل :


يطبق في القانون مباشرة في حالة عدم البدء بصفر درجة سيلزيوس



مثال2:


إناء به هواء سخن من درجة 18o سيلزيوس إلي 115o سيلزيوس فأوجد نسبة ماخرج من الهواء بالنسبة لما كان موجود أصلا .


الحل :



نفرض أن الحجم الأصلي V



مقدار ماتسرب منه


النسبة المئوية لما خرج = مقدار ماتسرب × 100

الحجم الأصلي

النسبة المئوية لما خرج من الهواء = 33%





مثال 3 :أنبوبة شعرية بها
خيط صغير من الزئبق طوله 3 سم وطول الانبوبة 18 سم عندما وضعت عند 10oc كان
طول عمود الهواء فيها 10cm احسب درجة الحرارة التي يكون فيها طول عمود
الهواء المحبوس 11cm ثم احسب أقصي درجة حرارة يمكن تعيينها بواسطة هذه
الأنبوبة (أجب بنفسك) (الجواب :
)


أثر درجة الحرارة في ضغط الغاز عند ثبوت الحجم

تجربة تبين معامل الزيادة في الضغط مقدار ثابت لا يعتمد علي نوع

الغاز عند ثبوت الحجم





* خطوات التجربة

1- نأخذ قارورة أو دورق زجاجي ينتهي بسدادة من المطاط تنفذ منه
أنبوبة ذات شعبتين 1،2 ثم نصب كمية من الزئبق في الأنبوبة (2) حتى يأخذ
مستوي أفقي واحد وليكن ( س ) في الأنبوية (2) ، ( ص) في الأنبوبة (1) لذلك
يكون ضغط الهواء الجاف المحبوس عند درجة حرارة الغرفة ولتكن .


2- نضع القارورة أو الدورق في حوض به ماء بارد ثم نضيف كمية من
الماء الساخن ننتظر مدة كافية حتي يأخذ الهواء المحبوس درجة حرارة الماء
الساخن حيث يتمدد الهواء المحبوس ويهبط الزئبق أسفل العلامة ( ص ) في
الأنبوبة (1) ويرتفع في الأنبوبة (2) اعلي من ( س ) .


3- نعود ونصب زئبق في الأنبوبة (2) حتى يعود الزئبق لنفس العلامة
(ص) في الأنبوبة (1) ويثبت حجم الهواء المحبوس لكنه يظل اعلي من العلامة
(س) بمقدار (h) ويزداد ضغط الغاز المحبوس إلي عند بعد التسخين حيث
(h) فرق الارتفاع بين سطحي الزئبق في الأنبوبتين .


* المشاهدة :

ضغط الغاز يزداد برفع درجة الحرارة عند ثبوت الحجم . نكرر ما سبق عدة مرات باستخدام غازات أخري مختلفة .


* النتـائج :

الضغوط المتساوية من الغازات المختلفة تزداد بنفس القدر إذا رفعت نفس العدد من الدرجات عند ثبوت الحجم .

مما يوحى بأن : معامل الزيادة في الضغط ثابت لجميع الغازات عند ثبوت الحجم ولا يعتمد علي نوع الغاز .

العوامل التى يعتمد عليها مقدار الزيادة فى ضغط الغاز عند ثبوت الحجم


(أ) ضغط الغاز الاصلى ( ) قبل التسخين ( )

(ب) مقدار الارتفاع في درجات الحرارة ( )


تعريف معامل زيادة ضغط الغاز عند ثبوت حجمه:

هو مقدار الزيادة في وحدة الضغوط للغاز وهى في درجة صفر سيليزيوس

إذا رفعت درجة حرارتها واحد درجة سيليزية عند ثبوت الحجم .


تجربة لتعيين معامل الزيادة في الضغط عمليا تحت حجم ثابت





وصف الجهاز :

يتركب من مستودع كروي (A) من الزجاج رقيق الجدران , يتصل بأنبوبة
شعرية(B) طويلة ومنثنية على شكل زاويتين قائمتين , وهو مثبت على لوحة
رأسية مثبتة بدورها على قاعدة أفقية ترتكز على ثلاثة مسامير محواة . ويتصل
طرف الأنبوبة الشعرية (B) بواسطة أنبوبة من المطاط متسعة نوعا ما وهى
الأنبوبة (C) والأنبوبة (C) قابلة للحركة إلى أعلى والى أسفل على اللوحة
الراسية . وتوجد مسطرة مدرجة مثبتة على هذه اللوحة.


خطوات العمل:

1- نغلي الماء إلى ننتظر مدة كافية ليأخذ الهواء الجاف المحبوس
حيث يتمدد الهواء المحبوس ويهبط الزئبق أسفل العلامة (x) ونحرك الأنبوبة
المتحركة إلى أعلى حتى يعود الزئبق لنفس العلامة (x) ويثبت حجم الهواء
المحبوس ونعين ضغط الهواء المحبوس حيث (h) مقدار الارتفاع في سطح الزئبق في
الأنبوبة المتحركة C عن العلامة X في الأنبوبة الثابتة B.


2- نوقف التسخين ونحرك الأنبوبة المتحركة لأسفل كي يهبط الزئبق أسفل
العلامة (X) ولا يندفع الزئبق داخل القارورة مع تقليب الماء حتى يبرد
الغاز إلى 90oC ونحرك الأنبوبة المتحركة لأعلى حتى يعود الزئبق لنفس
العلامة (x) ويثبت حجم الهواء المحبوس ونعين مقدار الارتفاع في سطح
الزئبق في الأنبوبة المتحركة C عن العلامة X في الأنبوبة الثابتة B.


3- نكرر ما سبق عدة مرات عند .


4- نضع القارورة في جليد مجروش آخذ في الإنصهار وننتظر مدة كافية كي
يأخذ الهواء المحبوس 0oc ونحرك الأنبوبة (C) لأسفل كي يعود الزئبق إلي نفس
العلامة X ونعين Po=Pa-h حيث h مقدار الانخفاض في سطح الزئبق في
الانبوبة Cعن العلامة X في الانبوبة B .


5- نطبق في العلاقة





7- من نتائج الجدول نرسم علاقة بيانية بين P رأسيا ، toc أفقيا ،
ثم نمد الخط المستقيم حتى ينعدم الضغط ونعين الصفر كلفن كما بالشكل . ومن
الرسم البياني:


إحتياطات قانون جولي ( قانون الضغط)

1- القارورة مستديرة لضمان توزيع درجات الحرارة بالتساوي علي أجزاء القارورة .

2- تحتوى القارورة على الحجم زئبق لمعادلة الزيادة في تمدد زجاج
القارورة كي يظل الحجم المتبقي ثابت طوال فترة التسخين (تمدد الزئبق 7
أمثال تمدد الزجاج).

3- قياس قيمة ( ) بواسطة البارومتر قبل بدء التجربة.

4- نصب الزئبق في الانبوبه المتحركة حتى يصل إلى علامة مثل (x) في الأنبوبة الثابتة.

5- عند تبريد الغاز داخل القارورة يلزم تحريك الأنبوبة المتحركة
لأسفل حتى يهبط الزئبق أسفل العلامة (x) ولا يندفع داخل القارورة ويظل
الحجم ثابت.

6- أن يكون الغاز جافا.

7- أن تكون الأنبوبة الموصلة بالقارورة شعرية حتى يمكن إهمال التغير في حجم الغاز الموجود بها.


نص قانون جولي

عند ثبوت الحجم يزداد ضغط الغاز بمقدار من ضغط الغاز عند درجة صفر
سيليزية لكل ارتفاع في درجات الحرارة قدره درجة حرارة سيلزية واحدة مع
بقاء الحجم ثابت.

من النتائج يمكنك تعين معامل زيادة الضغط عند ثبوت الحجم.

وهذا يحقق قانون الضغط.


معنى الصفر كلفن (المطلق):

هو درجة الحرارة التي عندها ينعدم ضغط الغاز نظريا عند ثبوت الحجم.


1- من ميل الخط المستقيم يمكن استنتاج؟


صورة أخري لقانون جولي:

عند ثبوت الحجم ضغط كمية معينة من الغاز يتناسب تناسبا طرديا مع درجة الحرارة على تدريج كلفن.


2- من الرسم البياني السابق يمكن استنتاج أن:





* شرط ثبوت حجم الغاز في جهاز جولي *

أ- إحتواء القارورة على حجمها زئبق .

ب- عند تبريد الغاز يلزم تحريك الأنبوبة المتحركة C إلى أسفل كي يهبط الزئبق أسفل العلامة X ولا يندفع داخل القارورة .

جـ- أن يكون الهواء المحبوس جافا .

د- تحديد العلامة X في الأنبوبة الثابتة يثبت عندها الزئبق عند قياس الضغط في جميع درجات الحرارة .