فشار در گاز: گازها نیز مانند مایعات فشار وارد می‌کنند.

فشار در گاز: داستان نیروی نامرئی اطراف ما

گازها از چه چیزی ساخته شده‌اند و فشار چیست؟

برای فهمیدن فشار گاز، اول باید ببینیم گاز چیست. همه مواد از ذرات ریزی به نام مولکول¹ ساخته شده‌اند. در حالت گازی، این مولکول‌ها بسیار از هم فاصله دارند و با سرعت خیلی زیادی در همه‌جهات حرکت می‌کنند و دائماً به یکدیگر و به دیواره‌های ظرف خود برخورد می‌کنند. هر بار که این مولکول‌ها به سطحی برخورد می‌کنند، نیرویی به آن سطح وارد می‌کنند. به مجموع این برخوردهای فراوان در واحد سطح، فشار² می‌گوییم.

مثلاً هوای اتاق شما را در بر گرفته است. مولکول‌های هوا دائماً به پوست صورت و دست‌های شما برخورد می‌کنند و فشاری به نام فشار هوای محیط یا فشار اتمسفر³ وارد می‌کنند. ما معمولاً این فشار را حس نمی‌کنیم چون بدن ما به آن عادت کرده و از درون هم فشاری برابر به بیرون وارد می‌کند.

چه عواملی فشار یک گاز را تغییر می‌دهند؟

فشار یک گاز ثابت نیست و به سه چیز مهم بستگی دارد: تعداد مولکول‌ها (یا مقدار گاز)، دمای گاز و حجم ظرف. رابطه این عوامل در جدول زیر خلاصه شده است:

نکته جالب این است که گازها بر خلاف مایعات، قابل فشرده‌⁴ شدن هستند. یعنی می‌توانیم با اعمال نیرو، حجم آن‌ها را خیلی کاهش دهیم و فشارشان را بالا ببریم؛ همان کاری که در پمپ کردن تایر دوچرخه انجام می‌دهیم.

از بادکنک تا کوهنوردی: فشار گاز در زندگی ما

فشار گاز فقط یک مفهوم کتابی نیست، بلکه هر روز با آن سروکار داریم. در اینجا چند مثال کاربردی و عینی را بررسی می‌کنیم:

• بادکنک و نوشابه: وقتی بادکنکی را باد می‌کنید، در حال افزایش تعداد مولکول‌های گاز (هوا) داخل حجم تقریباً ثابتی هستید. در نتیجه فشار هوا داخل بادکنک از فشار هوای بیرون بیشتر می‌شود و بادکنک متورم و سفت می‌شود. اگر درب یک بطری نوشابه گازدار را باز کنید، صدای «فس» می‌شنوید. این صدا به خاطر خروج گاز دی‌اکسید کربن⁵ تحت فشار از داخل مایع است. فشار گاز داخل بطری در بسته زیاد است و با باز کردن در، فشار کاهش یافته و گاز خارج می‌شود.

• تایر خودرو و دوچرخه: تایرها برای تحمل وزن وسیله نقلیه باید فشار هوای مناسبی داشته باشند. فشار هوا درون تایر، نیرویی به دیواره لاستیک وارد می‌کند و آن را سفت نگه می‌دارد. اگر فشار کم باشد (مثلاً به دلیل سوراخ شدن)، تایر افتاده و رانندگی سخت می‌شود. فشار تایرها معمولاً با واحدی به نام psi اندازه‌گیری می‌شود.

• تفاوت فشار در ارتفاعات: فشار هوا در سطح دریا بیشترین مقدار خود را دارد. وقتی به ارتفاعات مثلاً کوهستان می‌روید، تعداد مولکول‌های هوای بالای سر شما کمتر می‌شود، بنابراین فشار هوای محیط کاهش می‌یابد. به همین دلیل است که کوهنوردان گاهی با کمبود اکسیژن⁶ مواجه می‌شوند و در ارتفاعات خیلی بالا، بسته‌های چیپس یا محصولات بسته‌بندی شده باد می‌کنند (چون فشار هوای داخل بسته بیشتر از فشار هوای کم بیرون است).

تفاوت فشار گاز و فشار مایع در یک نگاه

با اینکه هر دو فشار وارد می‌کنند، اما چند تفاوت کلیدی دارند:

مایعات تراکم‌ناپذیر هستند؛ یعنی حجم آن‌ها تقریباً با فشار تغییر نمی‌کند. اما گازها به راحتی متراکم یا منبسط می‌شوند. همچنین، فشار در یک مایع (مثل آب) به دلیل وزن خود مایع، با عمق افزایش می‌یابد. ولی فشار یک گاز در یک ظرف بسته، به دلیل برخورد مولکول‌ها است و در همه‌جای آن (اگر ارتفاع ظرف کم باشد) تقریباً یکسان است.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹مولکول (Molecule): کوچک‌ترین ذره یک ماده که خواص شیمیایی آن ماده را حفظ می‌کند.
²فشار (Pressure): نیروی وارد بر واحد سطح. واحد آن در سیستم استاندارد بین‌المللی پاسکال (Pa) است.
³فشار اتمسفر (Atmospheric Pressure): فشاری که ستون هوای اتمسفر به دلیل وزن خود بر سطح زمین وارد می‌کند.
⁴قابل فشرده‌ شدن (Compressible): خاصیتی از گازها که به واسطه آن می‌توان با اعمال نیرو، فاصله بین مولکول‌های آن‌ها را کاهش و حجمشان را کم کرد.
⁵دی‌اکسید کربن (Carbon Dioxide): یک گاز بی‌رنگ که در نوشابه‌های گازدار حل می‌شود. فرمول شیمیایی آن $CO_2$ است.
⁶اکسیژن (Oxygen): یک گاز حیاتی برای تنفس موجودات زنده. فرمول شیمیایی آن $O_2$ است.
psi: مخفف «پوند بر اینچ مربع» (Pounds per Square Inch)، یک واحد رایج برای اندازه‌گیری فشار.