مسائل تدريبية - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 الضغط وقوانين الغاز

المفاهيم الأساسية

قانون بويل: حجم كمية ثابتة من غاز يتناسب عكسياً مع ضغطه عند ثبوت درجة الحرارة.

قانون شارلز: حجم كمية ثابتة من غاز يتناسب طردياً مع درجة حرارته المطلقة عند ثبوت الضغط.

الصفر المطلق: درجة الحرارة التي ينعدم عندها حجم الغاز المثالي (C° 273- أو 0 كلفن).

الرسم التوضيحي

```mermaid

```mermaid

mindmap

root((خصائص الموائع))

```

الضغط

قانون الضغط: P = F/A

مسائل تدريبية

حساب القوة من الضغط

حساب الضغط من الوزن والمساحة

تأثير تغيير المساحة على الضغط

قوانين الغاز

قانون بويل

: P₁V₁ = P₂V₂

: عند ثبوت درجة الحرارة

قانون شارلز

: V₁/T₁ = V₂/T₂

: عند ثبوت الضغط

الصفر المطلق

: C° 273- (0 كلفن)

```

نقاط مهمة للحفظ

• الضغط = القوة / المساحة (P = F/A).
• لحساب القوة المؤثرة من ضغط معروف: القوة = الضغط × المساحة (F = P × A).
• لتقليل الضغط على سطح، زد المساحة الملامسة.
• قانون بويل: الضغط × الحجم = ثابت (عند درجة حرارة ثابتة).
• قانون شارلز: الحجم / درجة الحرارة = ثابت (عند ضغط ثابت).
• درجة الحرارة في قوانين الغاز يجب أن تكون بالكلفن (K).

مسائل تدريبية

1. إذا كان الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يساوي Pa 1.0 × 10⁵ تقريبًا، فما مقدار القوة التي يؤثر بها الهواء عند مستوى سطح البحر في مكتب طوله 152cm وعرضه 76cm؟

2. يلامس إطار سيارة سطح الأرض بمساحة مستطيلة عرضها 12cm وطولها 18cm، فإذا كانت كتلة السيارة 925kg، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به السيارة في سطح الأرض إذا استقرت ساكنة على إطاراتها الأربعة؟

3. كتلة من الرصاص أبعادها 20.0cm × 10.0cm × 5.0cm تستقر على الأرض على أصغر وجه، فإذا علمت أن كثافة الرصاص 11.8g/cm³، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به كتلة الرصاص في سطح الأرض؟

4. يمكن أن يصبح الضغط في أثناء الإعصار أقل 15% من الضغط الجوي المعياري، افترض أن الإعصار حدث خارج باب طوله 195cm وعرضه 91cm، فما مقدار القوة المحصلة التي تؤثر في الباب نتيجة هبوط مقداره 15% من الضغط الجوي المعياري؟ وفي أي اتجاه تؤثر القوة؟

5. يلجأ المهندسون في المباني الصناعية إلى وضع المعدات والآلات الثقيلة على ألواح فولاذية عريضة، بحيث يتوزع وزن هذه الآلات على مساحات أكبر. فإذا خطط مهندس لتركيب جهاز كتلته 454kg على أرضية صُممت لتتحمل ضغطًا إضافيًا مقداره Pa 5.0 × 10⁴، فما مساحة صفيحة الفولاذ الداعمة؟

قوانين الغاز The Gas Laws

عندما بدأ العلماء دراسة الغازات والضغط لاحظوا وجود بعض العلاقات المثيرة للاهتمام، وكانت أول علاقة يتم اكتشافها هي قانون بويل، نسبة للكيميائي والفيزيائي روبرت بويل، أحد أشهر علماء القرن السابع عشر. ينص قانون بويل على أن حجم عينة محدد من الغاز يتناسب عكسيًا مع الضغط المؤثر عليه عند ثبوت درجة الحرارة، ولأن حاصل ضرب المتغيرات المتناسبة عكسيًا ثابت، فيمكن كتابة قانون بويل على النحو الآتي: P₁V₁ = P₂V₂ أو ثابت = PV

الشكل 3-1 يكون الغاز ذا ضغط مرتفع في الأسطوانة المحمولة على ظهر الغواص؛ ويقوم منظم بتخفيض هذا الضغط ليتساوى ضغط الغاز الذي يستنشقه الغواص مع ضغط الماء. وتستطيع أن ترى في الصورة، الفقاقيع الخارجة من المنظم.

إن الرموز السفلية التي تلاحظها في قانون الغاز تساعدك على تحديد مسار المتغيرات المختلفة - ومنها الضغط والحجم - عندما تتغير في المسألة. ويمكن إعادة ترتيب هذه المتغيرات لحل المسألة بالنسبة لضغط أو حجم مجهول. وكما يتضح من الشكل 3-1، فإن هناك علاقة بين ضغط الغاز وحجمه تتمثل في حجم الفقاعات الخارجة من المنظم، حيث يزداد حجم هذه الفقاعات في أثناء ارتفاعها في الماء؛ بسبب نقصان الضغط المؤثر فيها من الماء، مما قد يؤدي إلى انفجار كثير منها في أثناء ارتفاعها. تم اكتشاف العلاقة الثانية بعد 100 سنة تقريبًا من اكتشاف بويل على يد العالم جاك شارلز Jacques Charles لاحظ العالم شارلز في أثناء تبريده للغاز أن حجمه يتقلص بمقدار 273/1 من حجمه الأصلي عند انخفاض درجة حرارته بمقدار درجة كلفن واحدة، أي أن العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته علاقة خطية. أراد العالم شارلز أن يعرف ما إذا كانت

وزارة التعليم 15 Ministry of Education 2025 - 1447

--- SECTION: مسائل تدريبية --- مسائل تدريبية --- SECTION: 1 --- 1. إذا كان الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر يساوي Pa 1.0 × 10⁵ تقريبًا، فما مقدار القوة التي يؤثر بها الهواء عند مستوى سطح البحر في مكتب طوله 152cm وعرضه 76cm؟ --- SECTION: 2 --- 2. يلامس إطار سيارة سطح الأرض بمساحة مستطيلة عرضها 12cm وطولها 18cm، فإذا كانت كتلة السيارة 925kg، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به السيارة في سطح الأرض إذا استقرت ساكنة على إطاراتها الأربعة؟ --- SECTION: 3 --- 3. كتلة من الرصاص أبعادها 20.0cm × 10.0cm × 5.0cm تستقر على الأرض على أصغر وجه، فإذا علمت أن كثافة الرصاص 11.8g/cm³، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به كتلة الرصاص في سطح الأرض؟ --- SECTION: 4 --- 4. يمكن أن يصبح الضغط في أثناء الإعصار أقل 15% من الضغط الجوي المعياري، افترض أن الإعصار حدث خارج باب طوله 195cm وعرضه 91cm، فما مقدار القوة المحصلة التي تؤثر في الباب نتيجة هبوط مقداره 15% من الضغط الجوي المعياري؟ وفي أي اتجاه تؤثر القوة؟ --- SECTION: 5 --- 5. يلجأ المهندسون في المباني الصناعية إلى وضع المعدات والآلات الثقيلة على ألواح فولاذية عريضة، بحيث يتوزع وزن هذه الآلات على مساحات أكبر. فإذا خطط مهندس لتركيب جهاز كتلته 454kg على أرضية صُممت لتتحمل ضغطًا إضافيًا مقداره Pa 5.0 × 10⁴، فما مساحة صفيحة الفولاذ الداعمة؟ --- SECTION: قوانين الغاز The Gas Laws --- قوانين الغاز The Gas Laws عندما بدأ العلماء دراسة الغازات والضغط لاحظوا وجود بعض العلاقات المثيرة للاهتمام، وكانت أول علاقة يتم اكتشافها هي قانون بويل، نسبة للكيميائي والفيزيائي روبرت بويل، أحد أشهر علماء القرن السابع عشر. ينص قانون بويل على أن حجم عينة محدد من الغاز يتناسب عكسيًا مع الضغط المؤثر عليه عند ثبوت درجة الحرارة، ولأن حاصل ضرب المتغيرات المتناسبة عكسيًا ثابت، فيمكن كتابة قانون بويل على النحو الآتي: P₁V₁ = P₂V₂ أو ثابت = PV --- SECTION: الشكل 3-1 --- الشكل 3-1 يكون الغاز ذا ضغط مرتفع في الأسطوانة المحمولة على ظهر الغواص؛ ويقوم منظم بتخفيض هذا الضغط ليتساوى ضغط الغاز الذي يستنشقه الغواص مع ضغط الماء. وتستطيع أن ترى في الصورة، الفقاقيع الخارجة من المنظم. إن الرموز السفلية التي تلاحظها في قانون الغاز تساعدك على تحديد مسار المتغيرات المختلفة - ومنها الضغط والحجم - عندما تتغير في المسألة. ويمكن إعادة ترتيب هذه المتغيرات لحل المسألة بالنسبة لضغط أو حجم مجهول. وكما يتضح من الشكل 3-1، فإن هناك علاقة بين ضغط الغاز وحجمه تتمثل في حجم الفقاعات الخارجة من المنظم، حيث يزداد حجم هذه الفقاعات في أثناء ارتفاعها في الماء؛ بسبب نقصان الضغط المؤثر فيها من الماء، مما قد يؤدي إلى انفجار كثير منها في أثناء ارتفاعها. تم اكتشاف العلاقة الثانية بعد 100 سنة تقريبًا من اكتشاف بويل على يد العالم جاك شارلز Jacques Charles لاحظ العالم شارلز في أثناء تبريده للغاز أن حجمه يتقلص بمقدار 273/1 من حجمه الأصلي عند انخفاض درجة حرارته بمقدار درجة كلفن واحدة، أي أن العلاقة بين حجم الغاز ودرجة حرارته علاقة خطية. أراد العالم شارلز أن يعرف ما إذا كانت وزارة التعليم 15 Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **IMAGE**: الشكل 3-1 Description: An underwater photograph showing two scuba divers. The diver in the foreground is facing away, equipped with a scuba tank and regulator, from which small bubbles are visibly escaping and rising. Another diver is partially visible in the background. The image illustrates the concept of gas behavior underwater, specifically how the volume of gas bubbles changes with depth (pressure). Context: Illustrates Boyle's Law and Charles's Law in the context of scuba diving, showing how gas volume (bubbles) changes with pressure (depth) and temperature.