پاورپوینت فشار گازها و مایعات


موضوع فشار گازها و مایعات

انتشار، جنبش متوسط مولکول ها یا یون ها در یک بازه زمانی است و در گازها، مایعات و یا جامدات و یا هر ترکیبی می تواند رخ دهد.
انتشار مولکولها توسط انرژی جنبشی مولکولی هدایت می شود.از همین رواست که سریعتر در گازها و کندتر در مواد جامد در مقایسه با مایعات اتفاق می افتد که علت آن تغییر در فاصله و برخوردها و انتشار است که زمانی سریع تر در درجه حرارتهای بالاتر یا بوسیله ​مولکولها بزرگتر روی میدهد.
انتشار در مولکولهای کوچکتر و سبکتر مانند هلیوم سریع تر است(انتشار هلیم ۲٫۶۵ برابر سریعتر از نیتروژن است).
در نظریه برداشت فشار انتشار گازها، به ویژه هنگامی که در مایعات حل می شوند، از اهمیت اولیه برخورداراست.

انتشار گازها
توماس گراهام در فاصله سالهای 1828-1833 میلادی قانون نفوذ مولکولی گازها را به طور تجربی بدست آورد. مطابق این قانون نسبت سرعت نفوذ مولکولهای دو گاز مختلف با جذر جرم مولکولی آن گازها به طور معکوس تغییر  می کند:
Ra/Rb= (Mb/Ma)1/2
که در این رابطه  M جرمهای مولکولی دو گاز  a و b و نیز  R سرعت نفوذ آن دو گاز است.

فشار گازها
وقتی در یک محیط بسته، مقداری گاز وارد کنیم، مولکول های گاز که پیوسته در حال حرکت و جنبش هستند دائما به دیواره های ظرف برخورد می کند، برخورد هر مولکول با دیواره ی ظرف، نیرویی بر دیواره وارد می کند، به عبارت دیگر، می توان گفت که عامل ایجاد فشار یک گاز بر دیواره های ظرف آن، ضربه های متوالی مولکول های گاز به دیواره است.

فشار گازها در یک محیط بسته به عوامل زیر بستگی دارد: 
1) تعداد مولکولهای گاز درون ظرف: 
هر چه مقدار گازی که به یک ظرف در بسته وارد می کنیم بیش تر باشد، فشار گاز درون آن ظرف بیش تر می شود، زیرا با افزایش تعداد مولکول ها، تعداد برخورد آن ها با دیواره ی ظرف افزایش 
  می یابد.
 
2) جنبش و حرکت مولکول های گاز: 
هر چه دمای گاز بیش تر باشد، انرژی جنبشی مولکول های گاز بیش تر شده و فشار آن افزایش پیدا می کند.

فشار مایعات: 
مایع موجود در یک ظرف نیز به خاطر وزن خود بر بدنه ی ظرف فشار وارد می آورد.
 فشار مایعات به عوامل زیر بستگی دارد: 
1- چگالی (جرم حجمی): 
فشار با چگالی مایع رابطه ی مستقیم دارد، یعنی هر چه چگالی مایع بیش تر باشد فشار آن نیز بیش تر است. جرم واحد حجم از هر جسم را چگالی آن می نامند.
   2- شتاب جاذبه (g )
فشار درون مایع با نیروی جاذبه ای که در آن قسمت بر مایع وارد می شود رابطه ی مستقیم دارد.
 
3- عمق یا ارتفاع مایع (h)
هر چه عمق یا ارتفاع مایع بیشتر باشد فشار آن نیز بیش تر است.

بطه ی فشار در درون مایعات به صورت زیر محاسبه می شود. 
ارتفاع×شتاب جاذبه×چگالی=فشار در درون مایعات  
P=h.g.p
 توجه: اگر در بالای مایع هوا وجود داشته باشد، به سطح آزاد مایع نیرو وارد می کند در نتیجه فشار حاصل از آن، که همان فشار هوا است، را نیز باید در رابطه بالا منظور کنیم این فشار را فشار کل یا فشار مطلق در عمق h از سطح مایع می گویند. 
P=pgh+p0
 نکته1: مقدار فشار آب در هر لوله، فقط به ارتفاع آب بستگی دارد و به مقدار کلی آب در لوله و سطح قاعده ی آن بستگی ندارد. 

 در این شکل اگر چه شکل لوله ها با یکدیگر متفاوت است ولی فشار در ته همه لوله ها یکسان است. اگر فشار آب در یک لوله با لوله های دیگر متفاوت بود، آب در لوله ها به حرکت در می آمد تا فشار در همه جا مساوی شود.
 نکته2: به مایع و گازها که روان هستند شاره می گویند. شاره ها در همه جهت ها به طور یکسان فشار وارد می آورند.
 شناگران و غواصان وقتی در آب فرو می روند فشار آب را نه تنها بر پشت بلکه بر سینه خود نیز احساس می کنند. 
نکته3: فشاری که از طرف شاره (مایع و گاز) وارد می شود عمود بر سطح آن است.

گاز کامل
انرژی درونی گاز کامل
ظرفی را که از نظر حرارتی عایق است و دیواره های آن صلب هستند در نظر بگیرید. این ظرف توسط یک تیغه به دو بخش تقسیم شده است. فرض کنید که یک قسمت پر از گاز و قسمت دیگر خالی باشد اگر تیغه برداشته شود، گاز دستخوش فرآیندی موسوم به انبساط خواهد شد که در حین آن هیچ کاری انجام نمی گیرد و هیچ حرارتی منتقل نمی شود. چون φ و W هر دو صفرند، از قانون اول نتیجه می شود که انرژی داخلی در طی یک انبساط آزاد بدون تغییر باقی می ماند. انرژی داخلی یک گاز کامل عبارت است از مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل تک تک ذرات تشکیل دهنده گاز می باشد. در گاز کامل ذرات نسبت به هم فاقد انرژی پتانسیل هستند. پس تنها انرژی گاز کامل تنها مربوط به انرژی جنبشی ذرات آن می باشد. -E = NK و (E = N (3/2 KT
و نیز انرژی درونی گاز کامل فقط تابع دمای مطلق گاز می باشد. E0/E1 = T2/T1
تغییر انرژی درونی گاز کامل نیز چنانچه گفته شد برابر است با ΔE = W + α یعنی تغییر انرژی درونی یک دستگاه برابر است با کار و گرمای مبادله شده بین دستگاه و محیط. اما اگر دستگاه کار یا گرما دریافت کند اندازه آنها مثبت و اگر کار و گرما از دست بدهد اندازه آنها منفی خواهد بود. 

ویژگی گاز کامل
چنانچه بیان شد در مورد یک گاز حقیقی ، تنها هنگامی که فشار به سمت صفر میل می کند، معادله حالت بصورت PV = nRθ درمی آید. علاوه بر این انرژی درونی یک گاز حقیقی تابعی از فشار و دماست. بهتر است در این مرحله یک گاز کامل تعریف کنیم که ویژگیهای آن در عین حال که نظیر ویژگیهای هیچیک از گازهای موجود نیست، تقریبا همان ویژگیهای یک گاز حقیقی در فشارهای پایین است. طبق تعریف در مورد یک گاز کامل معادلات زیر صادقند:
PV = nRθ ————> (∂u/∂v)θ=0
فقط dV/dp)θ=0 ————> Vtθ
اینکه آیا می توان یک گاز حقیقی را مانند یک گاز کامل مورد بررسی قرار داد یا نه؟ بستگی به قابل قبول بودن خطای ناشی از اینکار در این محاسبه معین دارد. یک گاز حقیقی در فشارهای کمتر از حدود 2 اتمسفر را می توان با خطایی کمتر از چند درصد همچون یک گاز کامل تلقی کرد. حتی بخار اشباع شده ای که با مایع خود در حال تعادل است، اگر فشار بخار کم باشد می توان معادله حالت گاز را با خطای اندکی بکار برد. 

پایان