تعريف الضغط البخاري

يعتبر علم الفيزياء أقدم العلوم الأكاديمية ويعرف بأنه العلم الذي يسعى لفهم كيف يعمل الكون، ويرتكز على مصطلحات أساسية مثل الطاقة والزمن والقوة، كما يسعى إلى فهم الظواهر الطبيعية وصياغة قوانين تفسر ما يحدث وتساعد على التنبؤ بمسير هذه الظواهر، كما يهتم بدقة القياس وابتكار أدوات ووسائل جديدة للقياس وهذا يعتبر الأساس للتوصل لتعريف وتفسير سليم للظواهر الطبيعية، ومن بين الظواهر الفيزيائية التي حاول العلم تفسيرها ظاهرة الغليان وتوصلوا إلى ارتباطه بمفهوم أطلق عليه علماء الفيزياء مصطلح الضغط البخاري، وهذا المقال سيتناول تعريف الضغط البخاري والعوامل المؤثرة به.[١]
تعريف الضغط البخاري
جميع السوائل تمتلك خاصية التبخر؛ إذ يحدث التبخر بالقرب من سطح السائل إذا زادت الطاقة الحركية للجزيئات السائلة وتغلبت على قوة التجاذب بين الجزيئات عندها تنفلت للخارج ويسمى هذا بالتبخر، أما إذا كانت هذه العملية تتم في وعاء مغلق فإن هذه الجزيئات المتبخرة تصطدم ببعضها البعض أو مع جدار الوعاء فتفقد طاقتها الحركية وتعود للحالة السائلة وتسمى هذه العملية بعملية التكاثف، والتبخر والتكاثف عمليتان مستمرتان متوازنتان عند درجة الحرارة الثابتة[٢]، لذلك ولتعريف الضغط البخاري لا بد من الإشارة إلا أنه عند وجود وعاء ممتلئ بالسائل، فإنه يجب إدراك وجود حالتين من حالات المادة السائلة والغازية، يتبخر كمية من السائل وتتحول إلى الحالة الغازية، في الوقت نفسه تتكاثف كمية من البخار لتتحول إلى الحالة السائلة، وهكذا تكون كمية السائل والبخار ثابتة، بسبب حالة التوازن بين التبخر والتكاثف، ويمكن تعريف الضغط البخاري على أنه الضغط الذي يقوم به البخار على الوعاء الذي يحويه، وعندما يكون البخار في حالة توازن مع الحالة الصلبة والسائلة، يعبر الضغط البخاري عن قدرة المادة للتحول إلى الحالة الغازية[٣]، ويمكن قياس الضغط البخاري بعدة وحدات منها:[٤]
كيلو باسكال.
بار.
مم زئبق.
تور.
ويعتبر الضغط البخاري الأساس الذي يتم به قياس وتحديد درجة غليان السائل، وتسمى درجة الحرارة التي يكون عندها ضغط البخار مساويًا للضغط الجوي بدرجة الغليان، وعندها يبدأ السائل بتكوين فقاعات الغاز داخل السائل، وفي هذه الحالة تؤدي إضافة الحرارة إلى تحويل السائل إلى بخار دون رفع درجة حرارته؛ فمثلًا عند مستوى سطح البحر يغلي الماء عند درجة حرارة 100 درجة مئوية حيث يكون الضغط الجوي 760 مم زئبق، أما في المناطق المرتفعة حيث يقل الضغط الجوي تكون درجة الغليان أقل.[٥]
العوامل المؤثرة في الضغط البخاري
بعد التوصل إلى تعريف الضغط البخاري وإدراك العلاقة بينه وبين درجة الغليان لا بد من تحديد أهم العوامل التي تؤثر فيه ومنها:
درجة الحرارة: العلاقة طردية فعند زيادة درجة الحرارة يزداد الضغط البخاري، وعند زيادة درجة حرارة المادة، فإن الجزيئات تكتسب طاقة أكبر تكفي لتتبخر، ولذلك ستزداد كمية الحالة الغازية للمادة عن الحالات الأخرى، مما يعني أن الضغط الذي يمارسه البخار سيزداد وبالتالي سيزداد الضغط البخاري، ومعادلة كلوسيوس-كلابيرون Clausius–Clapeyron equation تصف العلاقة بين درجة الحرارة والضغط البخاري.[٤]
القوى بين الجزيئات: كلما قلت قوى التجاذب بين جزيئات المادة، فهذا يعني أنها ستنطلق بسهولة وتتحول للحالة الغازية، مما يزيد من الضغط البخاري.[٦]