حل أسئلة الفصل الثالث: قوانين الغازات

أولًا: أكمل: أي العبارات تكمل الجمل التالية لها:

a. يزيد بمقدار صغير.

b. يقل بمقدار صغير.

c. يظل ثابتًا.

d. يتضاعف

e. ينقص إلى النصف.

1. إذا تضاعف ضغط كمية معينة من غاز عندما تكون درجة الحرارة ثابتة فإن الحجم ينقص إلى النصف.

2. إذا انتقل بارومتر من مستوى سطح البحر إلى أعلى جبل فإن ارتفاع الزئبق في البارومتر يقل بمقدار صغير.

3. إذا كان ضغط الغاز ثابتًا وقلت درجة حرارته على تدريج كلفن إلى النصف فإن حجمه ينقص إلى النصف.

ثانيًا: تخير الإجابة الصحيحة

1. زيادة درجة حرارة إطار السيارة يؤدى إلى:

• زيادة ضغط الهواء داخل الإطار.

• زيادة حجم الهواء داخل الإطار.

• نقص مساحة سطح الجزء من العجلة الملاصقة للطريق.

اختر الحرف المناسب فيما يلى للإجابة:

• (3،2،1) صحيحة
• (،2،1) صحيحة
• (3،1) صحيحة
• (3) فقط صحيحة
• (1) فقط صحيحة

2. درجة حرارة جسم الإنسان على مقياس كلفن لدرجات الحرارة تساوي تقريبًا.

• 0k
• 37k
• 100k
• 373k
• 310

3. يتناسب حجم كمية محدودة من غاز ما:

• عكسيًا مع درجة حرارته عند ثبوت ضغطه.
• عكسيًا مع ضغطه عند ثبوت درجة حرارته.
• طرديًا مع ضغطه عند ثبوت درجة حرارته.
• طرديًا مع درجة حرارته عند تغير الضغط.
• عكسيًا مع ضغطه عند تغير درجة حرارته.

4. ضغط الغاز عند 10C يتضاعف إذا تم تسخين الغاز تحت حجم ثابت إلى:

• 20C
• 80C
• 160C
• 293C
• 410C

5. إذا انضغط غاز ببطء إلى نصف حجمه الأصلى فإن:

• درجة حرارة الغاز ستتضاعف.
• درجة حرارة الغاز ستنقص إلى نصف قيمتها.
• ضغط الغاز سيصل إلى النصف.
• سرعة الجزيئات تتضاعف.
• ضغط الغاز سيتضاعف.

ثالثًا: أسئلة المقال:

1. كيف تبين بالتجربة أن معامل التمدد الحجمي لجميع الغازات واحد عند ثبوت الضغط؟

عن طريق دراسة العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته عند ثبوت الضغط باستخدام جهاز شارل (ص94)

2. صف طريقة لإيجاد معامل ضغط الغاز عند ثبوت حجمه وإنه ثابت لجميع الغازات.

ص97 و 98 من الكتاب.

3. كيف تحقق قانون بويل عمليًا؟

باستخدام جهاز بويل (ص91و92)

4. كيف تبين بالتجربة أن ضغط الغاز يزداد بارتفاع درجة الحرارة عند ثبوت الحجم؟

باستخدام جهاز شارل

5. كيف تعين صفر كلفن؟

يمكن أن نعيين صفر كلفن باستخدام قانون شارل وتجربة جولي (ص99، ص100)

6. اشرح معنی صفر كلفن ودرجة الحرارة على تدريج كلفن.

الصفر كلفن هو أقل درجة حرارة يمكن الوصول اليها نظريا تقابل الدرجة (273c-) وهي الدرجة التي ينعدم عندها حجم وضغط الغاز المثالي. ودرجة الحرارة على مقياس كلفن هي هي قيمة موجبة دائمًا.

7. استنبط القانون العام للغازات.

يمكن استنتاج القانون العام للغازات كما يلي:

من قانون بويل: $V_{O}1\infty \frac{1}{P}$

من قانون شارل: ${\mathrm{V}}_{\mathrm{ol}}\propto \mathrm{T}$

من ذلك تبين: $V_{\text{ol }}\propto \frac{T}{P}$

من هذه العلاقة: $\begin{array}{r}{V}_{ol}=\text{ const }x\frac{T}{P}\\ \therefore \frac{P{V}_{ol}}{T}=\text{ Const }\end{array}$

$\frac{{\mathrm{P}}_1{\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{ol}}\right)}_1}{{\mathrm{T}}_1}=\frac{{\mathrm{P}}_2{\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{ol}}\right)}_2}{{\mathrm{T}}_2}$

رابعًا: تمارين

1. لتر غاز في 10C رفعت درجة حرارته وهو ثابت الضغط إلى 293C فاوجد حجمه.

$\begin{array}{c}\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\\ T_1=273+{10}^{\circ }\mathrm{C}=283\mathrm{K}\\ {\mathrm{T}}_2=273+{293}^{\circ }\mathrm{C}=666\mathrm{K}\\ {\mathrm{V}}_2={\mathrm{V}}_1\left(\frac{{\mathrm{T}}_2}{{\mathrm{T}}_1}\right)\\ {\mathrm{V}}_2=1\mathrm{L}\left(\frac{566\mathrm{K}}{283\mathrm{K}}\right)\\ {\mathrm{V}}_2=2\mathrm{L}\end{array}$

2. إناء مقفل به هواء في درجة 0C برد إلى ( 91C- ) فصار الضغط به 40cmHg فكم يكون ضغط الهواء عند 0C.

$$\begin{gathered} \begin{array}{c}\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}\end{array} \\ \begin{array}{c}{T}_1=273+0^{\circ }\mathrm{C}=273\mathrm{K}\\ {\mathrm{T}}_2=273-{91}^{\circ }\mathrm{C}=182\mathrm{K}\end{array} \\ {P}_1=T_1\mathit{\left(}\frac{P_2}{T_2}\mathit{\right)}\mathit{=}\mathit{273}x\mathit{\left(}\frac{\mathit{40}}{\mathit{182}}\mathit{\right)}\mathit{=}\mathit{60}cmHg \end{gathered}$$

3. كمية من الأكسجين تشغل في 91c وتحت ضغط 84cmHg حجم 760cm³ فكم يكون حجمها في درجة 0C وتحت ضغط 76cm Hg ( في معدل الضغط ودرجة الحرارة S.T.P ).

(STp): معناه انه تحت ضغط 76mmHg وفي درجة حرارة 0C او 273K.

$\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{P}}_1{\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{ol}}\right)}_1}{{\mathrm{T}}_1}=\frac{{\mathrm{P}}_2{\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{ol}}\right)}_2}{{\mathrm{T}}_2}\\ \frac{84\times 760}{300}=\frac{76\times {\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{ol}}\right)}_2}{273}\\ {\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{ol}}\right)}_2=\frac{84\times 760\times 273}{76\times 300}=76.17{\mathrm{cm}}^3\end{array}$

4. دورق به هواء سخن من 15C إلى 87C فكم نسبة حجم ما خرج منه من الهواء إلى ما كان موجود به؟

${\mathrm{T}}_1=360\mathrm{K}, {\mathrm{T}}_2=288\mathrm{K}$

${\mathrm{V}}_1=\mathrm{V}\text{, }{\mathrm{V}}_2=\text{ ? }$

${\mathrm{V}}_2=\frac{{\mathrm{V}}_1{ \mathrm{T}}_2}{{ \mathrm{T}}_1}$

1.25V=$\mathrm{V}\times \frac{360}{288}$=${\mathrm{V}}_2=\frac{\mathrm{V}\times {\mathrm{T}}_2}{{ \mathrm{T}}_1}$

0.25V=$=\left(1.25\mathrm{V}-\mathrm{V}\right)$$\left({\mathrm{V}}_2-{\mathrm{V}}_1\right)$

0.25x100=25%

5. إطار سيارة به هواء ضغطه 1.5Atm في يوم كانت درجة حرارته ( 3c- ) احسب ضغط الهواء في الإطار عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 51c بفرض ثبوت الحجم.

$$\begin{gathered} \begin{array}{c}\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}\end{array} \\ \begin{array}{c}{T}_1=273-3^{\circ }\mathrm{C}=270\mathrm{K}\\ {\mathrm{T}}_2=273+{51}^{\circ }\mathrm{C}=324\mathrm{K}\end{array} \\ P\mathit{2}=T2\mathit{\left(}\frac{P1}{T\mathit{1}}\mathit{\right)}\mathit{=}324x\mathit{\left(}\frac{\mathit{1}\mathit{.}\mathit{5}}{270}\mathit{\right)}\mathit{=}\mathit{1}\mathit{.}\mathit{8}\mathit{ }atm \end{gathered}$$