ما هو قانون غاي-لوساك؟
يصف قانون غاي-لوساك كيفية تغيّر ضغط كمية ثابتة من الغاز مع تغيّر درجة الحرارة عند بقاء الحجم ثابتًا. وينص على أن الضغط يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة (بالكلفن): فكلما ازدادت سخونة الغاز، اصطدمت جزيئاته بجدران الوعاء بقوة أكبر وبتكرار أعلى، فيرتفع الضغط نتيجة لذلك. وتُكتب هذه العلاقة على الصورة \(\frac{\text{P}_1}{\text{T}_1} = \frac{\text{P}_2}{\text{T}_2}\).
كيفية استخدام الحاسبة
اختر أولًا المتغيّر الذي ترغب في حسابه، ثم أدخل القيم الثلاث المعلومة. يمكن التعبير عن الضغط بأي وحدة متّسقة (كيلوباسكال، أو ضغط جوي atm، أو رطل لكل بوصة مربعة psi) شرط أن يُعبَّر عن كلا الضغطين بالوحدة نفسها. أما درجة الحرارة فيجب أن تكون بوحدة الكلفن — للتحويل من الدرجة المئوية أضف 273.15. وتعرض الحاسبة القيمة المجهولة في الحال.
شرح الصيغة الرياضية
انطلاقًا من العلاقة \(\frac{\text{P}_1}{\text{T}_1} = \frac{\text{P}_2}{\text{T}_2}\)، يمكنك إعادة ترتيبها لعزل أي متغيّر:
$$\text{P}_2 = \frac{\text{P}_1 \times \text{T}_2}{\text{T}_1}, \quad \text{P}_1 = \frac{\text{P}_2 \times \text{T}_1}{\text{T}_2}, \quad \text{T}_2 = \frac{\text{T}_1 \times \text{P}_2}{\text{P}_1}, \quad \text{T}_1 = \frac{\text{T}_2 \times \text{P}_1}{\text{P}_2}$$وبما أن القانون يعتمد على النِّسب، فإن وحدات الضغط تُختصر تلقائيًا — والمهم هو الاتساق في استخدام الوحدة نفسها.
مثال محلول
لنفترض أن عبوة محكمة الإغلاق تحتوي على غاز عند ضغط 100 كيلوباسكال ودرجة حرارة 300 كلفن. فإذا سُخِّنت إلى 350 كلفن مع ثبات الحجم، فما الضغط الجديد؟ باستخدام الصيغة $$\text{P}_2 = \frac{\text{P}_1 \times \text{T}_2}{\text{T}_1} = \frac{100 \times 350}{300} = 116.67 \text{ كيلوباسكال}$$ لقد ارتفع الضغط لأن درجة الحرارة ازدادت بينما بقي الحجم ثابتًا.
الأسئلة الشائعة
لماذا يجب أن تكون درجة الحرارة بالكلفن؟ يعتمد القانون على درجة الحرارة المطلقة. واستخدام الدرجة المئوية (التي قد تكون صفرًا أو قيمة سالبة) يعطي نِسبًا بلا معنى. لذا احرص دائمًا على التحويل: \(\text{K} = {}^\circ\text{C} + 273.15\).
هل يتغيّر الحجم؟ لا. ينطبق قانون غاي-لوساك فقط عند ثبات الحجم وكمية ثابتة من الغاز. وإذا تغيّر الحجم، فاستخدم قانون الغازات المشترك بدلًا منه.
هل يمكنني استخدام الضغط الجوي atm أو الوحدة psi؟ نعم. تصلح أي وحدة ضغط ما دام كلا قيمتي الضغط معبَّرًا عنهما بالوحدة نفسها، لأن الوحدة تُختصر في النسبة.
