كيفية تأثير الحرارة على الضغط

الضغط والحرارة

تعتبر عوامل الضغط والحرارة من العناصر الأساسية التي تؤثر في الظواهر الطبيعية. فالضغط يُعرف بأنه مقدار التأثير الناتج عن تطبيق قوة على سطح ما، ويُعبر عنه بالقوة العمودية المطبّقة على وحدة المساحة. توجد عدة أنواع متنوعة من الضغط في الطبيعة، مثل الضغط الجوي، والذي يُمثل وزن عمود الهواء على مساحة قدرها 1 سم²، ويبلغ عادةً حوالي واحد باسكال. يُعتبر باسكال هو الوحدة المعتمدة في الأنظمة الدولية بدلاً من وحدة البار. هناك أيضًا ضغط الهواء المحبوس، المعروف أيضًا بضغط الغاز، والذي ينتج عن تصادم جزيئات الهواء بجدران وعاء صلب عندما تكون في حالة حركة. يُميز أيضًا بين الضغط المطلق وضغط التفريغ، بما أنهما يمثلان الفرق بين الضغط الجوي والضغط المطلق.

بالنسبة للحرارة، فهي شكل من أشكال الطاقة التي توجد في الطبيعة، وتُقسم إلى أربع درجات: الدرجة العادية (الطبيعية)، درجة الغليان، الانصهار، والتجمد. تنتقل الحرارة إلى المواد من خلال عدة طرق، مثل الأشعة الشمسية، التوصيل الحراري، والحمل الحراري.

العلاقة بين الضغط والحرارة

قام علماء الفيزياء بدراسة الظاهرتين، وقد توصلوا إلى أن هناك علاقة طردية بين الضغط والحرارة. يعني ذلك أنه كلما زادت درجة الحرارة، زاد الضغط، والعكس صحيح. على سبيل المثال، إذا وضعنا وعاءً مملوءًا بالماء على مصدر حرارة، ثم قمنا بتغطية الوعاء، فإن ارتفاع درجة حرارة الماء حتى نقطة الغليان يؤدي إلى حركة جزيئات الهواء بشكل أسرع، مما ينتج عنه ضغط قوي يحرك الغطاء ويحرر بخار الماء. نتيجةً لهذه الدراسات، تم تطوير صمامات الضغط التي تقيس وتتحكم في الضغط الناتج داخل الوعاء.

الضغط الجوي في الطبيعة

الضغط الجوي في الطبيعة يتميز بعلاقة عكسية مع الحرارة، وهذا يعود إلى تباعد جزيئات الهواء عند حصرها في مكان معين. عندما يكون الجو دافئًا، يحدث انخفاض في الضغط الجوي، كما ينخفض الضغط الجوي أيضًا مع ارتفاع الجسم عن سطح الأرض. يحدث ذلك نتيجة لانخفاض وزن عمود الهواء، والذي يُعزى إلى قلة كثافة الهواء في الارتفاع وانخفاض نسبة الأكسجين المتاحة.

العلاقة بين الضغط والحرارة والحجم

فسّر العلماء العلاقة بين الضغط والحرارة والحجم، حيث أن العلاقة بين الحجم والضغط هي علاقة عكسية عندما تكون درجة الحرارة ثابتة. وهذا يعني أنه عندما يزداد الحجم، ينخفض الضغط. لكن إذا تغيرت درجة الحرارة، تتحول العلاقة بين الحجم والضغط إلى علاقة طردية. على سبيل المثال، عندما تزداد درجة الحرارة، يزداد كل من الحجم والضغط، بينما عند انخفاض الحرارة، يحدث عكس ذلك حيث ينخفض كل من الضغط والحجم.