الضغط : وحدات قياس الضغط Pressure ) P )

 

الضغط

 الضغط Pressure ) P ) : كما تحدد درجة الحرارة اتجاه سريان الحرارة فإن الضغط عبارة عن خاصية تحدد اتجاه سريان كتلة. وما لم تكن مجبرة في ناحية أخرى، فإن المادة تميل الى التحرك من مكان تكون فيه عند ضغط أعلى الى مكان ذي ضغط أقل. فمثلا عندما يهرب الهواء من إطار سيارة، فإنه يتحرك من منطقة ذات ضغط أعلى الى واحدة ذات ضغط أدني.

ويعد الضغط أكثر خواص الغازات سهولة في القياس وهو صفة مهمة من صفات الغاز حيث اكتشفت هذه الصفة منذ قديم الزمان. فمثلا عند ملا البالون المطاطي نلاحظ تضخم وتوسع البالون تدريجيا حتى يأخذ شكلا معينا فالضغط هو السبب الأساس في هذه الظاهرة.

تعمل الغازات ضغطا على أي سطح تتلامس معه وذلك بسبب أن جزيئات الغازات تكون في حركة دائمة وعشوائية وبالتالي تتصادم مع هذا السطح. لقد استطاع الإنسان أن يتلاءم فسيولوجيا مع ضغط الهواء حوله للدرجة التي لا يشعر بوجوده، مثله مثل الأسماك التي لا تعي ضغط الماء عليها. هنالك عدة طرق لتوضيح وجود الضغط الجوي. أحد هذه الأمثلة هو مقدرتنا على شرب السوائل عبر الأنبوب الورقي (straw). إن شفط (sucking) الهواء من الأنبوب الورقي يخلق فراغا عادة ما يملأ سريعة نسبة لأن السائل في الإناء يدفع لداخل الأنبوب الورقي بواسطة الضغط الجوي.

ويمكننا في هذه الحالة قياس الضغط بمعرفة القوة المبذولة (F) بالمد الحاصل على البالون ونقسم هذه القيمة على المساحة الكلية الناتجة (A). ونظرا لأن الضغط هو أكثر الخواص إتاحة القياس، فإنه يمكن استخدامه لاختبار صلاحية النظرية الحركية عند تطبيقها على الغازات.

ولفهم كيف نقيس الضغط الغاز، فمن المفيد أن نعرف كيف تشتق وحدات القياس ولنبدأ بالسرعة (velocity) والتسارع (acceleration).

 

 

السرعة

تعرف السرعة بأنها التغير في المسافة (change in distance) مع الزمن المنقضي (elapsed time) وهذا يعني :

والوحدة الدولية (SI unit) للسرعة هي (m/s) ونستخدم أيضا (cm/s)

 

 

التسارع

التسارع (acceleration) : هو التغير في السرعة مع الزمن أو :

ويقاس التسارع بوحدة (²m/s) ونستخدم أيضا (²cm/s)

ووفقا لقانون إسحاق نيوتن في نهاية القرن السابع عشر الميلادي الذي عرف القوة كما يلي :

والوحدة الدولية (SI unit) للقوة هي النيوتن (N) حيث :

1N = 1 kg m/s²

وأخيرا نعرف الضغط بأنه القوة المؤثرة على وحدة المساحة :

والوحدة الدولية للضغط هي الباسكال (pa) والذي يعرف بأنه واحد نیوتن لكل متر مربع:

 

 

تعريف الضغط

تعريف الضغط يعرف الضغط كما مر بنا بأنه القوة المؤثرة على وحدة المساحة من سطح ما. وضغط الغاز هو القوة التي يمارسها الغاز على جدران الوعاء مقسوما على مساحة سطح الوعاء.

وفي الموائع، وهو تعبير يشتمل على السوائل، والغازات، يكون الضغط عند نقطة معينة متساوية في جميع الإتجاهات. ويمكن تخيل ذلك بتأمل الغواص تحت الماء. فعند عمق معين، مهما كانت كيفية تقلبه أو دورانه فإن الضغط الواقع عليه بواسطة الماء يكون دائما متساويا، ولكن كلما ازداد عمقه فإن الضغط يزداد. ويتأتى ذلك بسبب الشد من قبل الجاذبية الأرضية على الماء الموجود فوقه. ويمكننا تصور أن جسمه ينضغط بواسطة وزن عمود الماء الموجود مباشرة فوقه. وعلى وجه العموم فإنه بالنسبة لجميع الموائع، كلما ازداد عمق الغمر، كلما ازداد الضغط.

والوحدات الفعلية للضغط يجب أن تكون باستخدام وحدات القوة والمساحة.

لذلك فالضغط كمية مركزة (Intensive) مكونة من النسبة بين كميتين شاملتين (Extensive) وهما القوة والمساحة. ووحدات الضغط بنظام (SI) هي نیوتن لكل متر مربع ( N / m²) (باسكال). وتهتم القياسات في العلوم في أغلب الأحيان بالضغط المبذول بعمود من سائل حيث يصبح من الملائم قياس الضغط بوحدات ارتفاع هذا العمود، فمثلا يقال سنتيمترات من الزئبق (cmHg) أو ملليمترات من الزئبق .(mmHg)

الضغط نتيجة عمود السائل = ارتفاع عمود من الزئبق × كثافة الزئبق × عجلة الجاذبية الأرضية (عجلة التثاقل (تسارع الجاذبية)

وغالبا ما يعبر عن الضغط بوحدات (جو atm) كوحدة بديلة. وللهواء كتلة وعلى هذا فله ضغط، وينتج الضغط الجوي عن كتلة الهواء المحيط وأجهزة قياس الضغط المستخدمة تعتمد في قياسها على الزئبق والضغط الجوي

 

 

وحدات قياس الضغط

جدول: وحدات قياس الضغط والعلاقة بينها

جدول: العلاقة بين وحدة الضغط الجوي (atm) وبقية وحدات الضغط

 والضغط الجوي العادي هو ضغط معين يساوي متوسط الضغط الجوي عند سطح البحر. وتكافئ الوحدة (جو) الضغط الذي ينشأ عن كتلة عمود من الزئبق ارتفاعه mm 760 عند درجة حرارة C°0

ويتفاوت الضغط الجوي حسب الأحوال الجوية وحسب المسافة عن مستوى سطح البحر (ارتفاعا أو انخفاضا). الضغط الجوي يقل بزيادة الإرتفاع بسبب أن هناك تناقصا في كتلة الهواء. ومتسلقوا الجبال والطيارون يستخدمون بارومتر قابل للحمل لتحديد ارتفاعاتهم عن مستوى سطح البحر، وعند دائرة عرض ( °45) فإن متوسط الضغط الجوي يزود بعمود من الزئبق طوله mm760 ارتفاعا في البارومتر الزئبقي البسيط عندما يكون الزئبق والهواء عند درجة حرارة (C°0).

 

 

أمثلة

مثال (1) يبلغ الضغط الجوي أحيانا في مدينة الرياض (cm Hg 71) فما مقدار ذلك :

أ) بوحدة النظام الدولي (الباسكال)

ب) وحدة الجو (atm).

 

الحل

أ) تحويل cm Hg 71 الى وحدة النظام الدولي (الباسكال) :

من العلاقة :

 

ب)

 

 

مثال (2) احسب كمية الضغط عند تطبيق قوة مقدارها (F = 100 N) على مكبس مساحته m² 100 ؟

الحل

والقيمة Pa 1 هي وحدة ضغط صغيرة نسبيا تساوي تقريبا الضغط المبذول على شريحة خبز بواسطة طبقة رقيقة من الزبدة مثلا.

 

 

مثال (3) احسب الضغط المبذول عند تطبيق قوة مقدارها (100N) على مكبس مساحته الكلية (m²1).

الحل:

 

مثال (4) شخص كتلته Kg50.0 ، داس على مسمار غير مدبب مساحة رأسه تساوي 1.0 mm

أ) احسب القوة التي يمارسها هذا الشخص على المسمار؟ (علما بأن عجلة الجاذبية الأرضية تساوي g = 9 . 81 m / s2 )

ب) احسب الضغط الممارس على المسمار.

الحل

أ) الشخص يمارس قوة مقدارها :

ب) الضغط الممارس على المسمار :

وهذا الضغط أكثر من كاف لجعل المسمار يثقب الجلد. وعند ضغط غاز داخل اسطوانة بمكبس فإنه يتم انتقاله بانتظام الى كافة الإتجاهات بحيث أن كل جدران الوعاء تتعرض لنفس مقدار الضغط ومن الدلائل على ممارسة الغازات المحبوسة للضغط نفخ إطار السيارة. ففي معظم الحالات تنفخ الإطارات الأربعة ، التي تحمل السيارة، الى ضغط يعادل kPa 200 تقريبا.

 

 

س) علل: يصبح إطار السيارة مسطحة عند حدوث تسرب للغاز.

ج) بسبب أن الغازات تتدفق من أماكن الضغط المرتفع الى أماكن الضغط المنخفض لذلك يحصل تدفق من داخل الإطار الى الجو.

 

  

 

 

المصادر

1.      أحمد عبد العزير العويس و سليمان حماد الخويطر و عبد العزيز إبراهيم الواصل و عبد العزيز عبد الله السحيباني ، الكيمياء العامة ، دار الخريجي، الرياض، 1996م.

2.      جوردن م بارو، الكيمياء الفيزيائية، ترجمة أحمد محمد عزام، دار ماجروهيل، 1998م.

3.      سليمان حماد الخويطر و عبد العزيز عبد الله السحيباني، الثرموديناميك الكيميائي، دار الخريجي، الرياض، 1998م.

4.     سمير مصطفى المدني، أساسيات الكيمياء العامة، جامعة الملك سعود - النشر العلمي و المطابع، الرياض، 1998م.

5.      الكيمياء العامة - احمد بن عبدالعزيز العويس و آخرون- دار الخريجي للنشر و التوزيع ط2. 1996م.

6.     سمير مصطفى المدني ، كتاب أساسيات الكيمياء العامة ، ( منشورات جامعة الملك سعود1997 م.

7.      حسن محمد الحازمي و محمد إبراهيم الحسن ، كتاب الكيمياء العضوية ، مكتبة الخريجي 1990م.

8.     Ralph H. Petruccii and William S. Harwood, General Chemistry, Principle and Modern Applications, Prentice-Hall, New Gersey, 1997.

9.     James E. Brady and John R. Holum, Chemistry, The study of Matter and its Changes, Wiley, New York, 1993.

10.  Petter Atkins and Loretta Jones, Chemistry, Matter and Change, 3d Edition, W.H. Freedman and Co., New York, 1997.

11.    James E. Brady, General Chemistry, Principles and Structure, 5th Edition, Wiley, New York, 1990.

12.   David E. Goldberg, Schaum's Outline Series, Theory and Problems of Chemistry Foundations, International Editions, McGraw-Hill, New York, 1991.

13.   James E. Brady and John R. Holum, Fundamentals of Chemistry, 34 Edition, Wiley, New York, 1988.

14.  Raymond Chang, Chemistry, 5th Edition, International Edition, McGraw-Hill, New York, 1994.

15.   R. Abu-Etta, Y. Essa and A. El-Ansary, General Chemistry, Cairo University Press, 1998.

16.   P.W. Atkins, Physical Chemistry, Oxford Press, Oxford, UK, 1982.

17.   G.M. Barrow. Physical Chemistry, MacGraw-Hill, New York, USA, 1996.

18.  Maurice Wahba, Hanna A. Rizk, Introduction to Physical Chemistry, Anglo Egyptian, 1978.

19.   Robert A. Alberty and Robert J. Silby, Physical Chemistry, Wiley, New York, 1992.

20. Whitten, etal , General Chemistry with Qualitative Analysis , 3rd ed., Saunders college publishing