lec-7

المحرار الغازي


يعتبر هذا المحرار من أهم و أدق المحارير و يستند في عمله على ضغط الغاز بثبوت الحجم حيث يزداد بزيادة درجة الحرارة. بصلة المحرار B تحتوي على الغاز كمادة محرارية , يثبت حجم الغاز المحصور داخل البصلة من خلال أنبوب تثبيت ارتفاع عمود الزئبقA بحيث يكون الزئبق ملامس للعلامة S ويتم التحكم بارتفاع عمود الزئبق برفع أو خفض خزان الزئبق, وإذا كانت البصلة مصنوعة من الزجاج فيوضع في داخلها كمية من الزئبق حجمها (1/7) من حجم البصلة الزجاجية وذلك لان تمدد هذا المقدار من الزئبق يعادل التمدد الحاصل في البصلة وبذلك يبقى حجم الغاز المحصور ثابت بدرجة كبيرة من الدقة.












والعلاقة التي تربط الضغط بدرجة الحرارة توضح حسب المعادلة التالية:
Pt=Po ( 1+?t) -----------------(1)
حيث ? تمثل معامل زيادة الضغط في درجة الحرارة
Pt الضغط بدرجة حرارة t
Po الضغط في درجة حرارة الصفر المئوي

عند وضع بصلة المحرار B في درجة الانجماد (الصفر المئوي)
Po=P + ho
حيث P تمثل الضغط الجوي
وعند وضع الغاز في درجة حرارة 100 فان:-
P100=P + h100
وعند وضعها في درجة القياس t فان:-
Pt=P + ht
نطبق العلاقة (1) عند الحرارة t و درجة 100°C
Pt =Po (1 + ?t) ---------(2)
P100=Po (1 + ?100) -----(3)
من (2) ينتج
Pt – Po =Po ?t -----------(4)
من (3) ينتج
P100 – Po = Po ?100 ------(5)
بقسمة (4) على (5) نحصل على:
* 100
او على:
* 100 --------------(6)





أما إذا أريد معايرة المحرار الغازي بالمقياس المطلق فنأخذ النقطة الثلاثية للماء بدلا من نقطتي الغليان و الانجماد و توضع البصلة في الماء في النقطة الثلاثية ثم يقاس ضغط الغاز عندما يكون حجم الغاز ثابت عند العلامة S و ليكن ضغط الغاز عند النقطة الثلاثية Ptp ثم توضع البصلة في سائل مجهول درجة الحرارة و لكن T و ليكن الضغط عند T هو P




















الغاز المثالي Ideal Gas

هو الغاز ( بغض النظر عن نوعه) و الذي تنطبق عليه الشروط التالية:-
1- حجم جزيئات الغاز مهمل بالنسبة للوعاء الذي يحتويه.
2- التصادمات بين جزيئات الغاز تصادمات مرنة.
3- حركة جزيئات الغاز حركة عشوائية دون مؤثرات خارجية.
لهذا فان الغازات الموجودة عند درجة حرارة الغرفة و تحت ضغط يساوي الضغط الجوي تعتبر غازات تتصرف كغاز حقيقي.
لا شك أن الغاز المثالي لا وجود له في الطبيعة لكن في علم الفيزياء يتم وضع مثل هذه الفروض لتسهيل دراسة تأثير المتغيرات الفيزيائية في حالة ظروف مثالية لتسهيل المعادلات الرياضية و الوصول إلى علاقات رياضية تحكم تصرف الغاز المثالي ثم يتم مقارنتها مع الغاز الحقيقي. و المتغيرات الفيزيائية هنا هي درجة الحرارة و الحجم و الضغط و لدراسة العلاقة بين هذه المتغيرات على الغاز المثالي سنقوم بتثبيت متغير واحد ودراسة العلاقة بين المتغيرين الآخرين.
درجة حرارة الغاز المثالي
لنفرض أن كمية من الغاز قد حصرت في بصلة محرار ثابت الحجم و احيطت في الدرجة الثلاثية للماء فأن الضغط المسجل Pz مساويا 1000mHg مثلا , ثم أجريت العمليات التالية مع بقاء الحجم ثابت:

1- أحيطت البصلة بالبخار المتكاثف تحت ضغط جوي واحد وسجل الضغط الجديد للغاز المحصور Ps وحسبت درجة حرارة البخار T(Ps) من العلاقة التالية:-


2- اخرج بعض الغاز من البصلة و صغرت قيمة Pz إلى 500 mHg وتحسب القيمة الجديدة لدرجة حرارة البخار T(Ps) كما يلي:-


3- استمر تقليل كمية الغاز في البصلة بحيث اخذت Pz وPs قيم اصغر و اصغر كأن تكون قيم Pz 250 mHg .......الخ تحسب لكل من هذه القيم T(Ps) المناظرة لها
4- ترسم العلاقة بين T(Ps) و Pz وبمد الخط البياني الناتج حتى يقطع احداثي درجة الحرارة بحيث تكون Pz تساوي صفر





































يبين الشكل أعلاه نتائج سلسلة من الاختبارات التي أجريت كما ذكر سابقا لأربعة غازات مختلفة لقياس T(P) لا في درجة تكاثف البخار فقط بل في درجة تكاثف الكبريت أيضا كما في الشكل (أ). ويتضح من هذه الخطوط أن المحارير التي تستعمل غازات مختلفة تسجل قياسات مختلفة لنفس الدرجة الحرارية و إن الفروق في هذه القياسات تتضاءل كلما قل ضغط الغاز حتى تتلاشى عندما يصبح Pz يساوي صفر و لذلك تعرف درجة حرارة الغاز المثالي بالعلاقة:-


حيث V ثابت
و بالرغم من أن مقياس درجة حرارة الغاز المثالي لا يعتمد على أي خاصية معينة لأي غاز بالذات إلا انه يعتمد على الخواص العامة للغاز المثالي. و غاز الهليوم انفع غاز في المحارير لسببين :-

1- الهليوم لا ينتشر خلال البلاتين في درجات الحرارة العالية بينما يمكن للهيدروجين ان ينتشر.
2- ان الهليوم يتحول الى سائل في درجة حرارة اقل مما لأي غاز آخر.
وبهذا فان محرار االهليوم يستعمل لقياس درجات حرارة منخفضة لا يمكن قياسها بمحارير غازية اخرى و اوطأ درجة حرارة لغاز مثالي يمكن قياسها بمحرار غازي هي حوالي 0.5K بشرط استعمال ضغط منخفض لغاز الهليوم.