نسخة الفيديو النصية
أي الاختيارات الآتية يمثل الصيغة الصحيحة لقانون بويل؛ حيث 𝑃 يمثل ضغط الغاز، V يمثل الحجم، 𝑇 تمثل درجة الحرارة، 𝑘 يعتبر ثابتًا؟ ) (أ) في 𝑇 يساوي 𝑘، ) (ب) في 𝑉 يساوي 𝑘، ) (ج) في 𝑉 يساوي 𝑘، ) (د) على 𝑉 يساوي 𝑘، ) (هـ) يساوي 𝑘 في 𝑇.
أول ما يمكننا تذكره عن قانون بويل هو أنه يفترض أن درجة حرارة الغاز تظل ثابتة. هذا يعني أنه إذا ظهرت درجة الحرارة 𝑇 في أي من الخيارات المقترحة، فإننا نعلم أن هذا الخيار لا يمكن أن يكون الصيغة الصحيحة لقانون بويل. والسبب أنه إذا ظهرت درجة الحرارة 𝑇 بالفعل في معادلة ما مثلما تظهر في الخيارات (أ)، و(ب)، و(هـ)؛ فإن هذا يعني أن الكمية الأخرى المعبر عنها في تلك المعادلة، سواء أكانت الضغط 𝑃 أو الحجم 𝑉، لا يمكن أن تتغير أيضًا. وإذا كان الأمر كذلك، فإنه في الخيار (أ) على سبيل المثال، سيكون لدينا ثابت مضروب في ثابت يساوي ثابتًا. هذا صحيح، لكنه ليس الصيغة الصحيحة لقانون بويل.
بما أن درجة الحرارة تظل ثابتة، فإنه يمكننا أن نعبر عن المعادلات الثلاث التي تتضمن درجة الحرارة 𝑇 باختصار ونقول ببساطة إن ثابتًا يساوي ثابتًا آخر. وهذا ليس نص قانون بويل. لذا، سنستبعد هذه الخيارات. وبذلك يتبقى أمامنا الخياران (ج) و(د). لكي نحدد أي الخيارين صحيح، دعونا نفترض أن لدينا وعاء له حجم معين، وداخل هذا الوعاء يوجد غاز. عندما تتحرك جزيئات الغاز وتصطدم بجدران الوعاء، يساوي التأثير الكلي لجميع هذه التصادمات ضغط الغاز.
دعونا الآن نفترض أن حجم هذا الوعاء قابل للتعديل، وأن بوسعنا تحريك الغطاء للأسفل مثلًا؛ لتقليل الحجم الذي يشغله الغاز. إذن، إذا قللنا حجم الغاز، فما تأثير ذلك على ضغطه في اعتقادنا؟ بما أن جزيئات الغاز أصبحت تشغل مساحة أصغر، فإننا نتوقع أنه خلال فترة زمنية معينة سيزداد عدد التصادمات لكل وحدة زمنية بين الجزيئات وجدران الوعاء. وسيكون ذلك صحيحًا حتى وإن ظلت درجة حرارة الغاز في الوعاء ثابتة. وبما أنه عندما يقل الحجم يزداد عدد التصادمات لكل وحدة زمنية بين جزيئات الغاز وجدران الوعاء، فإننا نتوقع أن يزداد الضغط.
ما نلاحظه هو أنه كلما اتجه الحجم إلى النقصان، اتجه الضغط إلى الزيادة. هذا يعني وجود علاقة عكسية بين ضغط الغاز وحجمه. إحدى الطرق المكافئة رياضيًّا لصياغة هذه العلاقة هي أن نقول إن ضغط الغاز 𝑃 يساوي ثابتًا 𝑘 مقسومًا على حجم الغاز 𝑉. نلاحظ أننا إذا ضربنا طرفي هذه المعادلة في الحجم 𝑉، وألغينا بذلك الحجم من بسط الطرف الأيمن ومقامه، فسنحصل على نتيجة مطابقة للصيغة الموجودة في الخيار (ج). إنه الخيار الذي يمثل إجابة السؤال، لا الخيار (د)، ويخبرنا الخيار (ج) بأنه إذا زادت إحدى الكميتين، أي زاد الضغط أو الحجم، فلا بد من أن تقل الأخرى بالمثل ليظل حاصل ضربهما يساوي ثابتًا. إذن، الخيار (ج) الذي ينص على أن 𝑃 في 𝑉 يساوي ثابتًا هو الصيغة الصحيحة لقانون بويل.
مصر
المملكة العربية السعودية
الولايات المتحدة
