ماذا يحدث لجزيئات الغاز عن تسخينها؟
عند تسخين جزيئات الغاز تزداد الاهتزازات الداخلية وسرعة دوران الإلكترونات؛ وبالتالي ترتفع درجة حرارة الغاز، لتتحوّل طاقته الحرارية إلى طاقة حركية؛ فتتحرّك جزيئات الغاز بسرعة وتتصادم فيزداد حجمها، لكن جزيئات الغاز المحصورة في وعاء ثابت الحجم لا تتمدد بل يزداد ضغطها على جدران الوعاء.
وقد وضّح العلماء العلاقة بين خصائص الغاز المتمثلة بالحجم (V) والضغط (P) ودرجة الحرارة (T) بواسطة قانون الغاز المثالي (PV = nRT)، والذي ينص على أنّ حجم جزيئات الغاز يزداد مع ازدياد درجة الحرارة عند ثبات الضغط، وتمثل (n) عدد مولات الغاز بينما (R) هو ثابت الغاز العام.
ومن الجدير بالذكر أنّ الغاز يتميز بعدة خصائص، أبرزها ما هو موضح فيما يأتي:
- الشكل غير الثابت، لذا فإنّه يأخذ شكل الوعاء المحصور به.
- لا يمتلك حجمًا ثابتًا، لذا فإنه جزيئاته تتحرك بشكل عشوائي، ذلك لأنّ الرابطة فيما بينها ضعيفة جدًا.
- قابل للانضغاط إلى حدٍ كبير.
تطبيقات عملية على تسخين الغاز
كثيرةٌ هي التطبيقات العملية في الحياة اليومية على تسخين الغاز، وأبرزها ما هو موضح أدناه:
يُمثّل قدر الضغط وعاء ثابت الحجم مليء بالغاز المحصور، إذ يُلاحظ نفاذ جزيئات الغاز عبر صمام الأمان عند ازدياد الضغط على جدران الوعاء من جزيئات الغاز؛ نتيجة عملية التسخين، فإذا لم يكن صمام الأمان متوفرًا في قدر الضغط سيحدث انفجار كبير.
يُعد البالون مثالًا جيدًا على تسخين الغاز، إذ أنّ حجمه يتمدد ويزداد عند تسخين الغاز المحصور بداخله؛ نتيجة ازدياد ضغط جزيئات الغاز على الجدران، كما أنّ الاستمرار في عملية التسخين يُؤدي إلى توقف البالون عن التمدد وبالتالي تعرضه للانفجار.
ينطلق المنطاد نحو السماء بفعل تسخين جزيئات الغاز المحصور داخله باستخدام موقد، وفي هذه العملية تزداد حركة الهواء ويتمدد؛ مما يتسبب في ازدياد حجم المنطاد بينما ينفذ بعض من الهواء عبر فتحة في المنطاد؛ مما يجعل الهواء الداخلي أقل كثافة من الهواء الخارجي،ما يسمح بارتفاعه إلى الأعلى بالرغم من تساوي الضغط بين الخارج والداخل.
تحول الغاز إلى بلازما بسبب الحرارة
عند تسخين جزيئات الغاز تزداد الطاقة الحركية كما سبق وذكر؛ مما يثؤدي إلى ازدياد الضغط والحجم، وعند الاستمرار في عملية تسخين جزيئات الغاز على درجة حرارة عالية جدًا يتحوّل الغاز إلى بلازما، وتحدث هذه العملية على سطح الشمس، حيث تصل درجة الحرارة إلى 5726.67 درجة مئوية .
إذ تُؤدي الطاقة الحرارية العالية إلى تخليص الإلكترونات من جزيئات الغاز؛ مما ينتج عن ذلك خليطًا من الذرات المحايدة والإلكترونات الحرة والجسيمات المتأينة التي تُولّد القوى الكهرومغناطيسية وتتفاعل معها.
تتدفق الجسيمات على هيئة سائل بسبب الشحنات الكهربائية المذكورة، كما أنّها تتكتل معًا في كثير من الأحيان؛ وهي الهيئة التي تكون عليها البلازما، نتيجة ذلك يصنف العديد من العلماء الأخيرة كواحدة من حالات المادة (إلى جانب الصلبة والسائلة والغازية).
