علم مراحل المادة
5 مايو, 2023
لفهم طريقة عمل الهواء المضغوط، من المفيد تقديم مقدمة أساسية للفيزياء، بما في ذلك المراحل الأربع للمادة.
قياس الضغط ودرجة الحرارة والسعة الحرارية
بعد التعرّف على أساسيات الفيزياء هنا، قد تريد معرفة المزيد عن الوحدات الفيزيائية المستخدمة لقياس مظاهر المادة المختلفة. وقد يكون ذلك مفيدًا للغاية عند التعامل مع الهواء المضغوط. في هذا المقال، سنشرح أساسيات قياس الضغط ودرجة الحرارة والسعة الحرارية.
ما المقصود بالضغط وكيف نقيسه؟
تبلغ القوة على مساحة سنتيمتر مربع لعمود هواء، يبدأ من مستوى سطح البحر إلى حافة الغلاف الجوي، 10.13 نيوتن تقريبًا. لذلك، فإن الضغط الجوي المطلق عند مستوى سطح البحر هو 10.13 × 104 نيوتن لكل متر مربع، ما يساوي 10.13 × 104 باسكال (الباسكال هي وحدة النظام الدولي للضغط). ويعبّر عنها بوحدة أخرى أكثر استخدامًا: 1 بار = 1 × 105 باسكال. كلما ازداد الارتفاع فوق مستوى سطح البحر (أو تحته)، انخفض الضغط الجوي (أو ازداد).
كيف نقيس درجة الحرارة؟
من الصعب تحديد درجة حرارة غاز بوضوح. فدرجة الحرارة هي قياس الطاقة الحركية في الجزيئات. وتتحرك الجزيئات بسرعة أكبر كلما ازدادت درجة الحرارة، وتتوقف الحركة تمامًا عند درجة حرارة الصفر المطلق. يعتمد مقياس كلفن (K) على هذه الظاهرة، لكن يتم تدريجه بالطريقة نفسها المتبعة في مقياس الدرجة المئوية (C):T = t + 273.2T = درجة الحرارة المطلقة (K)t = درجة الحرارة المئوية c°
كيف تُقاس السعة الحرارية؟
الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة، ويتم تمثيلها بالطاقة الحركية لجزيئات المادة المضطربة. وتشير السعة الحرارية (تسمى أيضًا التحميل الحراري) لجسم ما إلى كمية الحرارة اللازمة لتغيير وحدة درجة الحرارة (1 كلفن)، ويُعبَّر عنها بوحدة جول/كلفن. وتُستخدم الحرارة النوعية أو السعة الحرارية النوعية لمادة بشكل أكثر شيوعًا، وتشير إلى كمية الحرارة المطلوبة لتغيير وحدة درجة الحرارة (1 كلفن) في كتلة وحدة المادة (1 كجم). الضغط الثابت (cp) = حرارة نوعية عند ضغط ثابت، الحجم الثابت (cV) = حرارة نوعية عند حجم ثابت، الضغط الثابت (Cp) = حرارة نوعية جزيئية عند ضغط ثابت، الحجم الثابت (CV) = حرارة نوعية جزيئية عند حجم ثابت. ودائمًا تكون الحرارة النوعية عند ضغط ثابت أكبر من الحرارة النوعية عند حجم ثابت. حيث إن الحرارة النوعية لمادة غير ثابتة، إلا أنها تزيد بشكل عام بزيادة درجة الحرارة. وللأغراض العملية، يمكن استخدام قيمة متوسطة. بالنسبة إلى السوائل والمواد الصلبة cp ≈ cV ≈c. لتسخين تدفق كتلة (m) من درجة حرارة t1 إلى t2 سيتطلب ذلك: P = m x c x (T2 -T1) P = الطاقة الحرارية (واط) m= تدفق الكتلة (كجم/ثانية) c = الحرارة النوعية (جول/كيلوجرام × كلفن) T = درجة الحرارة (كلفن)
التفسير الذي يوضح سبب أن الضغط الثابت (cp) أكبر من الحجم الثابت (cV) هو شغل التمدد الذي يجب أن يبذله الغاز عند ضغط ثابت. وتُسمى النسبة بين cp وcV أس ثابت الإنتروبيا أو أس ثابت الحرارة، К، وهي دالة لعدد الذرات في جزيئات المادة.
المقالات ذات الصلة
فهم قياسات ضاغط الهواء: الشغل والقدرة والتدفق
21 أبريل, 2022
من المفيد فهم قياسات ضاغط الهواء في ما يتعلق بهذه الأمور. تساعد هذه المعلومات في تحديد القدرة والحجم المناسبين للماكينة المطلوبة.
نظرة عامة أساسية على الديناميكا الحرارية لضاغط الهواء
21 أبريل, 2022
لفهم فيزياء الديناميكا الحرارية لضاغط الهواء وتوليد الحرارة بشكل أفضل، يناقش هذا المقال المبادئ الرئيسية وقانونين للغاز.