11 4-2 جهاز جولي
وجد أن الزيادة في ضغط كمية من الغاز عند ثبوت الحجم تتناسب طرديًا مع الضغط الأصلي P₀ المقاس عند 0°C، وكذلك مع مقدار الارتفاع في درجة الحرارة Δt:
\[\begin{gathered}\Delta P = \beta _{p} P_{0} \Delta t\end{gathered}\] ومنها \[\begin{gathered}\beta _{p} = \dfrac{\Delta P}{P_{0} \Delta t} = \dfrac{P_{100} - P_{0}}{P_{0} \times 100}\end{gathered}\]
حيث \(\beta _{p}\) ثابت هو معامل زيادة ضغط الغاز مع درجة حرارته عند ثبوت حجمه.
يتركب جهاز جولي من:
- مستودع كروي (A) من الزجاج رقيق الجدران، متصل بأنبوبة شعرية (B) طويلة ومنثنية على شكل زاويتين قائمتين، مثبت على لوحة رأسية مثبتة على قاعدة أفقية ذات ثلاثة مسامير ضبط.
- يتصل طرف الأنبوبة الشعرية بواسطة أنبوبة مطاط بأنبوبة متسعة نوعًا ما (C) قابلة للحركة إلى أعلى أو أسفل على اللوحة، وتوجد مسطرة مدرجة عليها.
خطوات العمل:
- نعين الضغط الجوي وقت التجربة باستخدام البارومتر.
- ندخل في المستودع (A) قطعة من الزئبق حجمها صغير ليظل حجم الجزء المتبقي ثابتًا في مختلف درجات الحرارة (لأن معامل التمدد الحجمي للزئبق سبع أمثال معامل التمدد الحجمي للزجاج، مما يعوض تمدد الزجاج).
- نغمر المستودع في كأس به ماء، ثم نصب زئبقًا في الفرع الحر (C) حتى يرتفع سطحه في الفرع الآخر إلى علامة معينة (x).
- نسخن الماء في الكأس حتى يغلي وننتظر حتى تثبت درجة الحرارة ويقف انخفاض سطح الزئبق في الفرع المتصل بالمستودع.
- نحرك الفرع الحر (C) إلى أعلى حتى يعود سطح الزئبق في الفرع الآخر إلى العلامة (x)، ثم نقيس الفرق في الارتفاع h بين سطحي الزئبق في الفرعين، فيكون ضغط الهواء المحبوس \(P = P_{a} + h\).
- نحرك الفرع (C) إلى أسفل ونوقف التسخين ونترك المستودع لتنخفض درجة حرارته إلى نحو 90°C، ثم نحرك (C) إلى أعلى حتى يرتفع سطح الزئبق في الفرع المتصل بالمستودع إلى العلامة (x)، ونعين درجة الحرارة وفرق الارتفاع ومن ذلك ضغط الهواء المحبوس.
- نكرر العمل عدة مرات عند درجات حرارة مختلفة، وفي كل مرة نحسب ضغط الهواء المحبوس.
- نرسم علاقة بيانية بين درجة الحرارة (المحور الأفقي) والضغط (المحور الرأسي)، فنجد أنها خط مستقيم. وإذا مددناه على استقامته يقطع محور درجة الحرارة عند −273°C. ومن الميل نحسب معامل الزيادة في الضغط.
وقد وُجد عمليًا أن معامل زيادة ضغط الهواء عند ثبوت حجمه يساوي \(\dfrac{1}{273}\) لكل درجة مئوية، وأن معامل زيادة ضغط الغازات المختلفة عند ثبوت حجومها له القيمة نفسها \(\left(\dfrac{1}{273}\right)\).