يعتمد ضغط الغاز الجزئي على كل مما يلي ما عدا

الضغط الجزئي في الفيزياء هو الضغط النظري الذي يؤول لأحد الغازات في مخلوط غازات. مثل الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء (انظر أسفله). والضغط الجزئي هو ذلك الضغط الذي يمارسه الغاز إذا شغل بمفرده الحجم الموجود كله.

ضغط الغاز

يعبّر الضغط عامّة عن القوّة المؤثّرة من قِبل مادة ما على وحدة المساحة من مادة أخرى، والدةّا ضغط الغاز فهو القوّة المبذولة من قِبل الغاز على جدران الوعاء، ويمكن ملاحظة قوّة ضغط الغاز عند نفخ البالون، فعند البدء في نفخه ستزداد مساحته لأنّ ضغط جزيئات الهواء داخل البالون أكبر من الضغط خارج البالون.

طريقة نشوء ضغط الغاز

تؤثّر الموائع وهي الغازات والسوائل بالضغط في المواد المختلفة، كالضغط الناتج من الأجسام الصلبة تماماً، وقد يبدو هذا الأمر غريباً بسبب عدم قدرة البعض على تصوّر نشوء ضغط من مطرقة سائلة على مسمار حديديّ على سبيل المثال، وللتمكّن من تخيّل ضغط الموائع يجب الإشارة لـ الضغط المتكوّن على جسم شخص ما عندما يسبح لعمق معيّن في الماء، فإنّ الماء الواقع فوق جسم الشخص سيدفعه للأسفل بفعل قوّة الجاذبيّة الأرضيّة وسيؤثّر بضغط فيه، وعند السباحة لعمقٍ أكبر ستزداد ذات قيمة الضغط الناشئة على الجسم، كالسوائل فإنّ الغازات تؤثّر بالضغط في الأجسام المختلفة أيضاً، ومثال على ذلك وزن الهواء في الغلاف الجويّ والذي يكوّن ضغط الهواء، وغالباً ما نكون في أسفل هذا الغلاف الجويّ، ويتميّز الضغط الذي يؤثّر في جسم الإنسان نتيجةً للغلاف الجوي بأنّه ضخماً، لكننا لا نشعر به لأنّه موجود بالمقدار نفسه منذ البداية، حيث إنّنا لا نشعر به إلّا عند تغيّر مقدار قيمته للأعلى أو للأسفل، ويمكن الإحساس بهذا التغيّر عند الإقلاع بالطائرة أو عند السباحة في أعماق المياه، وعلى الرغم من ذات قيمة الضغط الكبيرة إلّا أنّها لا تؤثّر في الإنسان وذلك لأنّه يأخذ قوّة للخارج توازن ذات قيمة هذا الضغط.

تتغيّر ذات قيمة الضغط الجويّ مع الارتفاع تماماً كتغيّر ذات قيمة الضغط كلّما زاد العمق داخل الماء، فكلّما كان الارتفاع عن سطح الأرض أكبر كلّما قلّت ذات قيمة الضغط الجوي؛ لذلك فإنّ الضغط الناشىء على متسلقي الجبال العالية يكون أقل؛ وذلك لأنّ كميّة الهواء المكوّن من الغازات المختلفة يكون أقل، والعكس صحيح، حيث إنّ مقدار الضغط الجويّ المؤثّر على زيادة 20 ألف قدم يكون نصف مقدار الضغط عند سطح البحر.

جهاز قياس ضغط الغاز

تُقاس ذات قيمة الضغط بشكلٍ مباشر باستخدام جهاز يُسمّى الباروميتر اختُرع من قِبل العالم تورشيلي في المدة التي تقع بين عام 1608م وعام 1647م، ويعمل هذا الجهاز باستخدام عنصر الزئبق كوزنٍ قياسيّ، ويتكوّن من أنبوب طويل ويحتوي على تجويف مملوء بعنصر الزئبق من طرف فقط، والطرف الآخر فارغ من الزئبق ومملوء بالهواء فقط، ويتكوّن من مقطع عرضي مشابه للغلاف الجويّ الأرضيّ، مما يؤدّي لـ تحقيق توازن بين الزئبق والغلاف الجويّ، وعندما تتغيّر ذات قيمة الضغط الجوي تتغيّر ذات قيمة زيادة عنصر الزئبق داخل الأنبوب لتعادل التغيّر في ذات قيمة الضغط، وبالتالي تُقاس ذات قيمة الضغط الجوي، والدةّا المعادلة الفيزيائيّة لقياس ذات قيمة هذا الضغط هي: الضغط=الكتلة*التسارع.

بما أنّ ذات قيمة تسارع الجاذبيّة الأرضية تساوي 9.80665 م/ث^2 تقريباً، والضغط يعبّر عن القوّة المؤثّرة في وحدة المساحة فإنّ الضغط يساوي (كتلة الجسم* الجاذبية الأرضية)/المساحة، ولحساب ذات قيمة الضغط داخل جهاز الباروميتر والذي يحتوي على عنصر الزئبق، تُستخدم المعادلة الآتية:P=pgh، حيث تمثّل الرموز ما يأتي:

• P: الضغط.
• p: الكثافة.
• g: ثابت الجاذبيّة الأرضيّة.
• h: زيادة المائع.

عوامل يعتمد ضغط الغاز عليها

يعتمد ضغط الغاز على العوامل الآتية:

• حجم الوعاء: يعتمد ضغط الغاز على حجم الوعاء المحصور فيه، فعندما يقل حجم الوعاء يُصبح لجزيئات الغاز حيزاً أقل لتتحرّك به، وبالتالي ستقوم بضرب جدران الوعاء بقوّة أكبر مما يؤدّي لـ زيادة ذات قيمة الضغط الناشئة.
• كمية الغاز: إنّ زيادة كميّة الغاز في الوعاء ستؤدّي لـ زيادة ذات قيمة الضغط الناشئة، والدةّا تقليل عدد الجزيئات داخل الوعاء فسيؤدّي لـ تقليل ذات قيمة الضغط الناشئة.
• درجة الحرارة: إنّ تقليل ذات قيمة درجة الحرارة ستؤدّي لـ تقليل ذات قيمة ضغط الغاز الناشئة والعكس صحيح.

قوانين ضغط الغاز

سنذكر فيما يأتي القوانين الثلاثة التي تربط بين ضغط الغاز والعوامل المختلفة:

ضغط الغاز المثالي

يتميّز ضغط الغاز المثالي بأنّه يمتلك حجمٍ حقيقيٍ، وتصادم غير مرن بين الجزيئات بسبب قوى التجاذب بينها، ونتيجةً لذلك فإنّ حجم الغاز الحقيقي يكون أكبر من حجم الغاز المثاليّ، كما إنّ ضغط الغاز الحقيقي أقل من ضغط الغاز المثالي، ويجب الإشارة لـ أنّ كل أنواع الغازات الحقيقية تتخذ سلوك الغازات المثالية عند قيم الضغط المنخفضة، ودرجات الحرارة المرتفعة نسبياً.

قانون بويل

اكتشف العالم روبرت بويل في عام 1662م، العلاقة بين الضغط، والحجم عند ثبات ذات قيمة درجة الحرارة، وكمية الغاز، وصاغها بالمعادلة الفيزيائيّة الآتية: P∝1V→PV=x، حيث تمثّل الرموز ما يلي:

• P: الضغط.
• V: حجم الغاز.
• x: ثابت عددي يعتمد على كميّة الغاز، ودرجة الحرارة المعطاة.

وفي هذه العلاقة يتناسب الضغط تناسباً عكسياً مع الحجم، كما يمكن صياغة المعادلة بالشكل التالي وذلك عند تثبيت القيم العددية الثابتة، وتحديد شروط محددة: P1V1=x=P2V2.

قانون شارل

اكتشف العالم الفيزيائيّ الفرنسي تشارلز في عام 1787م العلاقة بين درجة حرارة الغاز وحجمه، عند تثبيت ذات قيمة الضغط، وكميّة الغاز، وصاغها بالشكل الآتي:V∝T→V=yT، حيث تمثّل الرموز ما يأتي:

• V: حجم الغاز.
• T: درجة حرارته.
• y: تابت عددي يعتمد على ذات قيمة ضغط الغاز وكميّته، وفي هذه العلاقة يكون الحجم متناسباً تناسباً طردياً مع درجة الحرارة، كما يمكن صياغة هذا القانون بطريقةٍ أخرى عند تثبيت الشروط والثوابت العدديّة بالشكل الآتي: V1T1=y=V2T2.