معامل انضغاط

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

معامل انضغاط أو معامل الغاز الحقيقي في الفيزياء و الكيمياء و الهندسة الميكانيكية (بالإنجليزية:Compressibility factor ) هو مصطلح في الترموديناميكا ويصف اختلاف غاز حقيقي عن غاز مثالي ، ويرمز له عادة بالرمز z .

معامل انضغاط النيتروجين ,واعتماده على الضغط و درجة الحرارة ، طبقا لحساب معادلة جيبس الأساسية.

وصفـــه[عدل]

يعرف معامل الغاز الحقيقي بالعلاقة الآتية :

z = \frac{pV_m}{R_mT}

أو كذلك :

z = \frac{pv}{RT}

حيث :

تقترب صفات الغازات الحقيقية من صفات غاز مثالي عند ضغط منخفض ، ودرجة حرارة عالية ، وحجم كبير ، وعندئذ يمكن تطبيق قانون الغازات المثالية باعتبار أن معامل الانضغاط مساويا 1. أما في الضغوط العالية فتختلف خصائص الغازات الحقيقية عن الغاز المثالي حيث يوجد تجاذب بين جزيئات الغاز الحقيقي ، كما يوجد تنافر بينها حيث لأن لجزيئات الغاز الحقيقي أحجاما معينة وليست نقطية . لذلك يعتمد معامل انضغاط الغاز الحقيقي على الضغط و درجة الحرارة ( في حين أن الحجم المولي يعتمد فقط على درجة الحرارة).

يصعب ضغط الغازات الحقيقية بمقارنتها بالغاز المثالي عند الضغوط العالية حيث يعتبر معامل الانضغاط للغاز المثالي مساويا 1 : كما يمر امعامل انضغاط المغاز الحقيقي عند بدء ارتفاع الضغط بمرحلة نهاية صغرى ويرتفع بعدها مع ارتفاع الضغط .

كما يتميز الغاز الحقيقي بمعامل انضغاط حرج عند النقطة الحرجة (انظر معادلة فان دير فالس). .

نتائج التجارب[عدل]

من الصعب التنبؤ بتغير سلوك الغاز الحقيقي عن سلوك غاز مثالي . ويمكننا اعتبار تماثل صفات الغاز الحقيقي والغاز المثالي عفي ضغوط منخفضة حتى 2 ضغط جوي ، ,ربما إلى ضغط أعلى من ذلك قليلا في حالة جزيئات غير متجاذبة . وعلى سبيل المثال ، نجد أن كلوريد الميثيل - وهو جزيئ له قطبية كهربائية عالية وبالتالي توجد بين جزيئاته قوى تجاذبية - له معامل انضغاط يبلغ Z=0.9152 عند 10 ضغط جوي و درجة حرارة 100 درجة مئوية. [1]

وتبين التجارب التي أجريت على الهواء أن الهواء (وهو ذو جزيئات ثنائية الذرات وليس لها قطبية كهربائية) له معامل انضغاط Z=1.0025 فقط عن نفس الظروف (انظر القائمة أسفله عند 10 ضغط جوي و 400 كلفن).

معامل انضغاط الهواء[عدل]

يحتوي الهواء على نحو 80 % نيتروجين N2 و 20 % اكسجينO2 وليس للجزيئان قطبية كهربائية وكل منهما صغير الحجم . وبناء على ذلك فيمكننا اعتبار الهواء له صفات الغاز المثالي عبر نطاقات كبيرة لدرجة الحرارة والضغط . وتؤيد نتائج التجارب هذا الافتراض.

معامل انضغاط الهواء z (نتائج عملية)
  الضغط [ بار ]
درجة الحرارة كلفن 1 5 10 20 40 60 80 100 150 200 250 300 400 500
75 0.0052 0.0260 0.0519 0.1036 0.2063 0.3082 0.4094 0.5099 0.7581 1.0125
80 0.0250 0.0499 0.0995 0.1981 0.2958 0.3927 0.4887 0.7258 0.9588 1.1931 1.4139
90 0.9764 0.0236 0.0453 0.0940 0.1866 0.2781 0.3686 0.4681 0.6779 0.8929 1.1098 1.3110 1.7161 2.1105
100 0.9797 0.8872 0.0453 0.0900 0.1782 0.2635 0.3498 0.4337 0.6386 0.8377 1.0395 1.2227 1.5937 1.9536
120 0.9880 0.9373 0.8860 0.6730 0.1778 0.2557 0.3371 0.4132 0.5964 0.7720 0.9530 1.1076 1.5091 1.7366
140 0.9927 0.9614 0.9205 0.8297 0.5856 0.3313 0.3737 0.4340 0.5909 0.7699 0.9114 1.0393 1.3202 1.5903
160 0.9951 0.9748 0.9489 0.8954 0.7803 0.6603 0.5696 0.5489 0.6340 0.7564 0.8840 1.0105 1.2585 1.4970
180 0.9967 0.9832 0.9660 0.9314 0.8625 0.7977 0.7432 0.7084 0.7180 0.7986 0.9000 1.0068 1.2232 1.4361
200 0.9978 0.9886 0.9767 0.9539 0.9100 0.8701 0.8374 0.8142 0.8061 0.8549 0.9311 1.0185 1.2054 1.3944
250 0.9992 0.9957 0.9911 0.9822 0.9671 0.9549 0.9463 0.9411 0.9450 0.9713 1.0152 1.0702 1.1990 1.3392
300 0.9999 0.9987 0.9974 0.9950 0.9917 0.9901 0.9903 0.9930 1.0074 1.0326 1.0669 1.1089 1.2073 1.3163
350 1.0000 1.0002 1.0004 1.0014 1.0038 1.0075 1.0121 1.0183 1.0377 1.0635 1.0947 1.1303 1.2116 1.3015
400 1.0002 1.0012 1.0025 1.0046 1.0100 1.0159 1.0229 1.0312 1.0533 1.0795 1.1087 1.1411 1.2117 1.2890
450 1.0003 1.0016 1.0034 1.0063 1.0133 1.0210 1.0287 1.0374 1.0614 1.0913 1.1183 1.1463 1.2090 1.2778
500 1.0003 1.0020 1.0034 1.0074 1.0151 1.0234 1.0323 1.0410 1.0650 1.0913 1.1183 1.1463 1.2051 1.2667
600 1.0004 1.0022 1.0039 1.0081 1.0164 1.0253 1.0340 1.0434 1.0678 1.0920 1.1172 1.1427 1.1947 1.2475
800 1.0004 1.0020 1.0038 1.0077 1.0157 1.0240 1.0321 1.0408 1.0621 1.0844 1.1061 1.1283 1.1720 1.2150
1000 1.0004 1.0018 1.0037 1.0068 1.0142 1.0215 1.0290 1.0365 1.0556 1.0744 1.0948 1.1131 1.1515 1.1889

المصدر : Perry's chemical engineers' handbook (الطبعة 6ed). MCGraw-Hill. 1984. ISBN 0-07-049479-7.  (table 3-162).

المراجع[عدل]

  1. ^ Perry's chemical engineers' handbook (الطبعة 6ed). MCGraw-Hill. 1984. ISBN 0-07-049479-7.  page 3-268

انظر أيضًا[عدل]