د فشار او ګاز حجم ترمنځ اړیکه
پینګانټر
په فزیک او کیمیا کې، مختلف بنسټیز مفاهیم شتون لري چې د طبیعي پیښو د پوهیدو لپاره د ستنو په توګه کار کوي. یو داسې مفهوم د ګاز فشار او حجم ترمنځ اړیکه ده. دا اړیکه د ګاز مختلفو قوانینو سره نږدې تړاو لري، چې یو یې د بویل قانون دی. د ګاز فشار او حجم ترمنځ اړیکه پوهیدل په مختلفو عملي غوښتنلیکونو کې خورا مهم دي، لکه د انسان تنفسي سیسټم، د ګاز ذخیره کولو ټیکنالوژي، او داخلي احتراق انجنونه. دا مقاله به اړوند بنسټیز مفاهیم، د دوی اغیزې او غوښتنلیکونه په ګوته کړي.
اساسي اړیکه: د بویل قانون
د بویل قانون د ګازو یو له خورا اساسي قوانینو څخه دی چې په ۱۷ پیړۍ کې د رابرټ بویل لخوا کشف شو. دا قانون وايي چې د ګازو د یوې ثابتې اندازې لپاره په ثابت حرارت کې، د ګاز فشار د هغې د حجم سره معکوس متناسب دی. په ریاضيکي توګه، د بویل قانون د معادلې له لارې څرګند کیدی شي:
\[ پ \ ځله V = k \]
چیرته:
– \(P\) = د ګاز فشار
– \(V\) = د ګازو حجم
– \(k\) = ثابت (د ورکړل شوي ګاز لپاره په ورکړل شوي تودوخې کې)
له دې معادلې څخه دا نتیجه اخیستل کیدی شي چې که د ګاز حجم کم شي، د ګاز فشار به زیات شي او برعکس به هم.
تجربې او لیدونه
د دې قانون د ژورې پوهیدو لپاره یوه لاره د یوې ساده تجربې له لارې ده. فرض کړئ چې موږ یو سلنډر ټیوب لرو چې یو متحرک پسټون لري. د دې ټیوب دننه د ګاز یو ټاکلی حجم دی. که موږ د پسټون ښکته کولو سره د ګاز حجم کم کړو، د ګاز فشار به زیات شي. برعکس، که موږ پسټون پورته کش کړو، د ګاز حجم زیات کړو، د ګاز فشار به کم شي.
د دې اړیکې ګرافیکي لید معمولا د حجم (V) په وړاندې د فشار (P) پلاټ کولو ګراف لري. د فشار او حجم ترمنځ د چرګ او هګۍ اړیکې ته په پام سره، دا ګراف به یو هایپربولیک منحنی ښکاره کړي.
د بویل د قانون تطبیقات
۱. تنفسي سیستم
د انسان په بدن کې، د بویل قانون د تنفس په میکانیزم کې موندل کیدی شي. کله چې موږ ساه اخلو، ډایفرام او انټرکوسټل عضلات انقباض کوي، د سینې د جوف حجم زیاتوي. د حجم دا زیاتوالی د سږو دننه د هوا فشار کموي، چې هوا ته اجازه ورکوي چې له بهر څخه سږو ته ننوځي. کله چې موږ ساه وباسو، د سینې د جوف حجم کمیږي، فشار زیاتوي او هوا له سږو څخه بهر ته اړ باسي.
۲. د ګازو ذخیره کولو ټیکنالوژي
د لوړ فشار ګاز ټانکونه، لکه هغه چې په سکوبا ډایونګ او طبي ګاز ذخیره کولو کې کارول کیږي، د بویل قانون هم کاروي. دا ګازونه په لوړ فشار کې په ټانک کې زیرمه کیږي ترڅو د دوی حجم کم کړي ترڅو ډیر ګاز ذخیره شي. کله چې ګاز خوشې شي، فشار کمیږي او د ګاز حجم د اړتیا سره سم زیاتیږي.
۳. د داخلي احتراق انجن
د داخلي احتراق انجن اساسي اصل، لکه څنګه چې په موټر کې موندل کیږي، د بویل قانون سره هم تړاو لري. کله چې پسټون په ښکته مړ مرکز کې وي، د هوا او سونګ موادو مخلوط سلنډر ته ننوځي. دا مخلوط بیا د پسټون د پورته حرکت کولو سره فشار کیږي، چې د فشار زیاتوالي لامل کیږي. دا ګازي مخلوط بیا سوځول کیږي، فشار رامینځته کوي چې پسټون بیرته ښکته کولو ته اړ باسي، او د موټر د حرکت لپاره اړین میخانیکي حرکت رامینځته کوي.
د بویل د قانون څخه انحرافات
که څه هم د بویل قانون په مثالي ګازونو باندې ښه تطبیق کیږي، په حقیقت کې، ټول ګازونه په مثالي ډول چلند نه کوي. د ځینو شرایطو لاندې، لکه په ډیر لوړ فشار یا ډیر ټیټ تودوخې کې، ریښتیني ګازونه د بویل قانون څخه انحراف ښیې. دا د جذب بین مالیکولي ځواکونو او د دې شرایطو لاندې د مالیکولونو غیر پام وړ حجم له امله دی.
ساینس پوهانو د اصلي ګازونو لپاره د حالت ډیرې پیچلې معادلې رامینځته کړې دي، لکه د وان ډیر والز معادلې، ترڅو دا انحرافات محاسبه کړي. د وان ډیر والز معادلې د بویل قانون د دوه اصلاحي فکتورونو په اضافه کولو سره اصلاح کوي: یو د مالیکولونو د حجم لپاره سمولو لپاره او بل د مالیکولونو ترمنځ د جذابیت ځواکونو لپاره.
د وان دیر والز معادله په لاندې ډول ښودل شوې ده:
\[ \کیڼ ( P + \frac{an^2}{V^2} \ښي) \کیڼ ( V – nb \ښي) = nRT \]
چیرته:
– \(P\) = د ګاز فشار
– \(V\) = د ګازو حجم
– \(n\) = د خمونو شمېر
– \(T\) = د ګاز تودوخه
– \(R\) = د ګازو نړیوال ثابت
– \(a\) او \(b\) = ثابتونکي چې د ګاز ډول پورې اړه لري
د نورو ګازو قوانینو سره اړیکه
د بویل د قانون سربیره، د ګازو څو نور قوانین هم شتون لري چې په ګډه د متحرک ګاز تیوري او ترموډینامیک اساس جوړوي. دلته د ګازو ځینې نور قوانین او د حجم او فشار سره د دوی اړیکې دي:
۱. د چارلس قانون
د چارلس قانون وايي چې د ګاز حجم په ثابت فشار کې د هغې د مطلق تودوخې سره مستقیم متناسب دی. دا پدې مانا ده چې که د ګاز تودوخه لوړه شي، حجم به زیات شي پداسې حال کې چې فشار ثابت پاتې کیږي.
۴. د همجنس بازانو-لوساک قانون
د ګی-لوساک قانون وايي چې د ګاز فشار په ثابت حجم کې د هغې د مطلق تودوخې سره مستقیم متناسب دی. له همدې امله، که چیرې د ګاز تودوخه په ثابت حجم کې لوړه شي، د ګاز فشار به هم زیات شي.
۳. د ایوګادرو قانون
د اووګادرو قانون وايي چې په ورته فشار او تودوخې کې، د ګاز حجم د ګاز د مولونو شمیر سره مستقیم متناسب دی. په بل عبارت، د ګاز د مولونو مساوي شمیر به په ورته فشار او تودوخې کې مساوي حجم ولري.
۴. د مثالي ګاز معادله
د مثالي ګاز معادله د پورته دریو قوانینو ترکیب دی، کوم چې په لاندې بڼه څرګند شوی:
\[ PV = nRT \]
پایله
د ګازونو د فشار او حجم ترمنځ اړیکه پوهیدل د ساینس او انجینرۍ د ډیری څانګو لپاره بنسټیز دي. د بویل قانون، د ګازو یو له بنسټیزو قوانینو څخه، د مختلفو شرایطو لاندې د ګازونو د چلند په اړه لومړني بصیرت وړاندې کوي. د هغې غوښتنلیکونه پراخ دي، د بیولوژیکي پروسو لکه تنفس څخه نیولې تر ورځني ټیکنالوژیو لکه داخلي احتراق انجنونو او د ګازو ذخیره کولو پورې. پداسې حال کې چې د بویل قانون خورا ګټور دی، داسې شرایط شتون لري چې ریښتیني ګازونه په بشپړ ډول د دې قانون اطاعت نه کوي، او د سختو شرایطو لاندې د ګاز چلند پوهیدو لپاره د وان ډیر والز معادلې په څیر ډیر پیچلي ماډلونو ته اړتیا ده. دا پوهه، د نورو ګازو قوانینو سره یوځای، زموږ د هغو شیانو د پوهیدو لپاره بنسټ جوړوي چې موږ یې په ورځني ژوند کې او د پرمختللي ټیکنالوژۍ په پراختیا کې ورته اړتیا لرو.
