الدرس الخامس: الصفر المطلق وتدريج كلفن

5-1 استنتاج الصفر المطلق

• من الرسم البياني لقانون شارل (الحجم على المحور الرأسي ودرجة الحرارة بالسيلزيوس على المحور الأفقي) نحصل على خط مستقيم، وعندما نمد هذا الخط على استقامته نجد أنه يقطع محور درجة الحرارة عند −273°C.
• ومن نتائج جهاز جولي نجد أن الخط المستقيم الذي يمثل علاقة الضغط بالدرجة المئوية يقطع محور درجة الحرارة هو الآخر عند −273°C.

وعلى ذلك تكون أقل درجة حرارة يمكن الوصول إليها نظريًا هي −273°C. هذه الدرجة تقابل ما يسمى الصفر المطلق أو صفر كلفن، وهي:

درجة الحرارة التي ينعدم عندها حجم الغاز المثالي عند ثبوت الضغط، أو ضغط الغاز المثالي عند ثبوت الحجم.

(الغاز المثالي: غاز تخضع جزيئاته للقوانين تمامًا عند جميع درجات الحرارة والضغوط).

5-2 ملاحظات مهمة

• في الواقع مع التبريد الشديد لا تظل المادة بحالتها الغازية بل تتحول إلى سائل وأحيانًا إلى صلب، ومن ثم لا تخضع لقوانين الغازات؛ ولذلك فإن تعريف الغاز المثالي هو الغاز الذي يتلاشى حجمه عند ثبوت الضغط (أو ضغطه عند ثبوت الحجم) عند درجة الصفر المطلق.
• درجة الحرارة على مقياس كلفن قيمة موجبة دائمًا، بينما درجة الحرارة على مقياس سيلزيوس تتدرج بين الموجب والسالب.
• عند الصفر كلفن يكون الحجم V = 0 والضغط P = 0 نظريًا.

5-3 العلاقة بين تدريجي كلفن وسيلزيوس

• يبدأ تدريج كلفن من الصفر المطلق (0 K ≡ −273°C)، والفرق بين درجتين متتاليتين على التدريجين واحد (كل درجة كلفن تساوي درجة سيلزيوس في المقدار).
• ومن ذلك:

\[\begin{gathered}T (K) = t ({}^{\circ} \,\text{ext}{C}) + 273\end{gathered}\]

• مثال 1: درجة حرارة الغرفة \[\begin{gathered}25{}^{\circ} \,\text{ext}{C} = 298 K.\end{gathered}\]مثال 2: النيتروجين السائل يغلي عند 77 K أي \[\begin{gathered}77 - 273 = -196{}^{\circ} \,\text{ext}{C}.\end{gathered}\]مثال 3: هل يمكن أن تكون درجة حرارة الغاز −300°C؟
• لا؛
• لأنها أقل من الصفر المطلق (−273°C).