تأثير الضغط والحرارة

تُعتبر عوامل الضغط والحرارة من العناصر الأساسية التي تؤثر في الظواهر الطبيعية. يُعرف الضغط بأنه مقدار القوة المؤثرة على سطح معين، وهو يتحدد بواسطة القوة العمودية التي تؤثر على مساحة محددة. يتنوع الضغط في الطبيعة إلى عدة أنواع، من بينها الضغط الجوي، والذي يُعرف بأنه وزن عمود الهواء على مساحة تقدر بـ 1 سم²، ومقداره يساوي واحد باسكال. تُعتبر وحدة باسكال هي الوحدة المعتمدة في الأنظمة الدولية بدلاً من وحدة البار. كما يوجد نوع آخر من الضغط، وهو ضغط الهواء المحبوس أو ضغط الغاز الذي ينشأ نتيجة اصطدام جزيئات الهواء بجدران الجسم الصلب أثناء تحركها بحرية داخل الحاوية. وهناك أيضاً ضغط مطلق وضغط تفريغ، وهما يمثلان الفرق بين الضغط الجوي والضغط المطلق.

بالنسبة للحرارة، فهي شكل من أشكال الطاقة التي توجد في الطبيعة، وتتنقل عبر أربع حالات: الحالة العادية (أو الطبيعية)، ودرجة الغليان، ودرجة الانصهار، ودرجة التجمد. تنتقل الحرارة إلى المواد عن طريق الإشعاع الشمسي، والتوصيل الحراري، والحمل الحراري.

العلاقة بين الضغط والحرارة

قام علماء الفيزياء بدراسة العلاقة بين الضغط والحرارة من خلال القيام بتجارب متعددة. وقد أظهرت النتائج أن العلاقة بين الضغط والحرارة هي طردية، مما يعني أنه مع زيادة درجة الحرارة يزيد الضغط، وبالمثل إذا انخفضت درجة الحرارة، ينخفض الضغط. على سبيل المثال، عند وضع وعاء يحتوي على ماء على مصدر حرارة ثم تغطيته، ستحرك الحرارة الناتجة عن غليان الماء جزيئات الهواء بسرعة أكبر، مما يُسبب تصادمها بقوة مع جدران الوعاء والغطاء. وعندما يصل الماء إلى درجة الغليان، فإنه يولد ضغطًا يؤثر بقوة على غطاء الوعاء، مما يؤدي إلى تحرير بخار الماء. ونتيجة لهذه التجارب، تم تطوير صمامات الضغط التي تقيس وتتحكم في مستويات الضغط داخل الحاويات.

الضغط الجوي في الطبيعة

يتناسب الضغط الجوي في الطبيعة عكسيًا مع درجات الحرارة، وهذا يرجع إلى تباعد جزيئات الهواء عند حصرها في منطقة معينة. فعندما تكون درجات الحرارة مرتفعة، ينخفض الضغط الجوي، وهذا ينطبق أيضًا عندما يرتفع الجسم عن سطح الأرض، حيث يحدث انخفاض في وزن عمود الهواء بسبب قلة كثافة الهواء في الارتفاع وعدم انتظام نسبة الأكسجين.

العلاقة بين الضغط والحرارة والحجم

قام العلماء بتفسير العلاقة بين الضغط والحرارة والحجم، حيث أن العلاقة بين الحجم والضغط تكون عكسية عندما تكون درجة الحرارة ثابتة؛ أي أنه مع زيادة الحجم يقل الضغط. ومع ذلك، عند تغير درجة الحرارة، تتحول العلاقة إلى طردية بين الحجم والضغط. على سبيل المثال، عند ارتفاع درجة الحرارة، يزداد الحجم وكذلك الضغط، بينما عند انخفاض الحرارة، يتقلص كل من الضغط والحجم.