نسخة الفيديو النصية
خلط غازان في نفس الحاوية. في أي اتجاه تنتشر جزيئات الغاز الموضحة باللون الرمادي؟ (أ) نحو اليمين. (ب) نحو اليسار. (ج) في جميع الاتجاهات. (د) لن تنتشر الجزيئات.
لدينا هنا شكل يوضح نوعين مختلفين من جزيئات الغاز الموضحة باللونين الرمادي والأحمر، التي خلطت معًا في حاوية. للإجابة عن هذا السؤال، علينا أن نفهم كيف تتحرك جزيئات الغاز في أي حاوية.
لنبدأ بحاوية أخرى تحتوي على غاز واحد فقط. في هذا الغاز، جميع الجزيئات متماثلة. لكننا سنميز هذا الجزيء بلون مختلف لتسهيل رؤيته. عندما يتحرك جزيء غاز في الحاوية، فإنه يصطدم بجزيئات أخرى؛ مما يجعله يغير اتجاهه. ونظرًا لأن جميع الجزيئات في الحاوية تتحرك حول الجزيئات الأخرى وتصطدم بها، فإن المسارات التي تتخذها الجزيئات تكون معقدة للغاية. على سبيل المثال، قد يبدو مسار جزيء واحد بهذا الشكل. يمكننا أن نرى أن الجزيء قد غير اتجاهه عدة مرات ويبدو أن المسار الذي يتبعه عشوائي تمامًا.
في الحقيقة، المسار ليس عشوائيًّا؛ لأن كل تغيير في الاتجاه ينتج عن تصادم مع جزيء آخر. لكن بالنسبة لنا، تبدو حركة الجزيئات عشوائية. يتحرك كل جزيء في الغاز بطريقة مشابهة لهذه، ويتبع مساره الفريد من نوعه والمعقد. ونظرًا لأن الغازات تتكون عادة من عدد كبير جدًّا من الجزيئات، وكل جزيء يتبع مسارًا معقدًا للغاية، فسيكون من المستحيل عمليًّا أن نعرف بالضبط كيف يتحرك كل جزيء في الغاز. من الأسهل بكثير القول إن الحركة تكون عشوائية بالفعل.
عندما يتحرك جزيء بهذه الطريقة التي تبدو عشوائية، فإننا نسميها الحركة البراونية. ونظرًا لأن الحركة البراونية عشوائية بالفعل، فإن جزيئات الغاز في الحاوية لا تتحرك في اتجاه معين أكثر من الاتجاه الآخر، ما دام الغاز منتشرًا بالتساوي في جميع أنحاء الحاوية. لكن الأمر يختلف إذا لم تكن جزيئات الغاز منتشرة بالتساوي في جميع أنحاء الحاوية.
لنتخيل حاوية غاز أخرى. لنفترض أن الغاز بأكمله قد أضيف للتو إلى الحاوية من الجهة اليسرى، وهذا الشكل يوضح مواضع جزيئات الغاز بعد ذلك بفترة وجيزة. نجد أن الغاز غير منتشر بالتساوي، وجميع الجزيئات موجودة في الطرف الأيسر من الحاوية. مرة أخرى، سنميز أحد الجزيئات بلون مختلف حتى تسهل رؤيته. نلاحظ هنا أنه إذا تحرك هذا الجزيء نحو اليسار، فسيصطدم بسرعة بجزيء آخر، وهذا يجعله يغير اتجاهه ويعود نحو اليمين.
لكن عندما يتحرك الجزيء نحو اليمين، فلن يكون هناك جزيئات أخرى في طريقه. هذا يعني أنه يمكن أن يستمر في التحرك في هذا الاتجاه حتى يصل إلى جدار الحاوية. وما دام لم يصطدم بأي شيء، فلا يوجد ما يجعله يغير اتجاهه. إذن، في هذه الحالة، من المرجح أن يتحرك جزيء الغاز في النهاية نحو اليمين. وينطبق الأمر نفسه على جميع جزيئات الغاز في الحاوية. من المرجح أن تتحرك جميعها نحو اليمين أكثر منه نحو اليسار. ومن ثم، تتحرك الجزيئات بشكل عام نحو اليمين حتى تنتشر بالتساوي في جميع أنحاء الحاوية. تعرف العملية التي تتحرك فيها الجزيئات حتى تنتشر باسم الانتشار.
إذن، رأينا أنه إذا انتشرت جزيئات الغاز بالتساوي في حاوية، فإنها ستتحرك حركة براونية. في هذه الحالة، تتحرك الجزيئات في أي اتجاه دون ترجيح لاتجاه على آخر، وهذا يعني أن متوسط إزاحتها يساوي صفرًا. من ناحية أخرى، إذا لم تكن الجزيئات منتشرة بالتساوي، فإنها ستظل تنتشر عبر الحاوية حتى تصبح منتشرة بالتساوي.
الآن، لنلق نظرة أخرى على حاوية الغاز الموضحة لدينا في السؤال. تحتوي هذه الحاوية على غازين مختلفين، موضحين باللونين الرمادي والأحمر. عندما يكون لدينا أكثر من نوع واحد من الغازات داخل حاوية، فإننا نتعامل مع كل نوع على أنه مستقل عن الآخر. بعبارة أخرى، يمكننا افتراض أن الجزيئات الرمادية سوف تتصادم مع الجزيئات الرمادية الأخرى فقط، وليس مع الجزيئات الحمراء. هذا يعني أنه يمكننا تجاهل الجزيئات الحمراء تمامًا. إذن، لتبسيط الأمور، دعونا نحذفها من الشكل.
الآن، بالنظر إلى الجزيئات الرمادية فقط، يمكننا أن نرى أنها بالفعل موزعة بالتساوي في جميع أنحاء الحاوية. فلا توجد منطقة في الحاوية بها عدد جزيئات أقل من المنطقة الأخرى. وهذا يعني أنه لن يحدث أي انتشار مهم؛ فالجزيئات ستتحرك في الأنحاء وفقًا للحركة البراونية العادية.
إذن، الإجابة هي الخيار (د). نظرًا لأن الجزيئات منتشرة بالتساوي في جميع أنحاء الحاوية، فإنها لن تنتشر.
