معامل انضغاط

معامل انضغاط

معلومات عامة

التعريف الرياضي	${\displaystyle Z={\frac {p}{\rho R_{\mathrm {s} }T}}}$[1]
نظام الوحدات الدولي	1[1]
التحليل البعدي	${\displaystyle 1}$

تعديل - تعديل مصدري - تعديل ويكي بيانات

معامل انضغاط أو معامل الغاز الحقيقي في الفيزياء والكيمياء والهندسة 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 ودرجة الحرارة ، طبقا لحساب معادلة جيبس الأساسية.

وصفـــه

يعرف معامل الغاز الحقيقي بالعلاقة الآتية :

${\displaystyle z={\frac {pV_{m}}{R_{m}T}}}$

أو كذلك :

${\displaystyle z={\frac {pv}{RT}}}$

حيث :

• R_m - ثابت الغازات العام
• R - ثابت الغاز النوعي
• V_m - حجم مولي
• v - الحجم النوعي
• p - الضغط
• T -درجة الحرارة المطلقة (كلفن)

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 ودرجة 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

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 ${\displaystyle Z=0.9152}$ عند 10 ضغط جوي و درجة حرارة 100 درجة مئوية. [2]

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

معامل انضغاط الهواء

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.

• المعامل Z للهواء عند الضغوط بين 1-500 ضغط جوي
• 
  منحنيات أخذ كل منها عند درجة حرارة ثابتة بين 75 -200 كلفن .(أنقر للتكبير)
• 
  منحنيات أخذ كل منها عند درجة حرارة ثابتة بين 250 -1000 كلفن. (أنقر للتكبير)

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 (ط. 6ed). MCGraw-Hill. 1984. ISBN:0-07-049479-7. {{استشهاد بكتاب}}: |طبعة= يحتوي على نص زائد (مساعدة) (table 3-162).

المراجع

1. Quantities and units — Part 11: Characteristic numbers (بالإنجليزية) (2nd ed.), International Organization for Standardization, Oct 2019, 11-7.10, QID:Q100957475
2. Perry's chemical engineers' handbook (ط. 6ed). MCGraw-Hill. 1984. ISBN:0-07-049479-7. {{استشهاد بكتاب}}: |طبعة= يحتوي على نص زائد (مساعدة) page 3-268

انظر أيضًا

• محرك بنزين
• دورة أوتو
• دورة ديزل
• حجم نوعي
• عمل (ترموديناميك)
• ديناميكا حرارية
• دالة الحالة
• ستة درجات حرية
• طاقة حرارية