معناه

ثابت الغازات العام وأحيانا يسمى ثابت الغازات المولي هو حاصل ضرب عدد أفوجادرو (< >NA) في ثابت بولتزمان (< >kB).

R N_mathrm A cdot k_mathrm B

قيمة ثابت الغازات العام طبقا ل لجنة بيانات العلوم والتكنولوجيا كوداتا 16 internetquelle url http //physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?r hrsg National Institute of Standards and Technology titel CODATA Recommended Values zugriff 16. Juni Wert für die Universelle Gaskonstante, verأ¶ffentlicht durch das amerikanische National Institute of Standards and Technology mit CODATA als Datenquelle

R 8 , 314 4721 (75) frac mathrm J mathrm mol,K

أي يبلغ انحراف معياري الانحراف المعياري والذي يمثل مقدار الخطأ المحتمل في قيمته


0,000  0075  جول   مول −1  كلفن −1).

وقد قام العلماء بتعيين ثابت الغازات العام بالطرق المعملية كالثابت العام للغازات في قانون الغاز المثالي معادلة الغاز المثالي

p V n R T

وهو يربط بين دالة حالة دوال الحالة لغاز وبين درجة الحرارة < >T وكمية المادة < >n و الضغط < >p و الحجم < >V , كما يستخدم في عدد كبير من التطبيقات والمعادلات المتعلقة بخواص الغازات.





وربما يعتقد البعض أن ضغط الغاز يعتمد على كتلة الجزيئ أو الجسيم في الغاز ، ولكن هذا ليس صحيحا بالنسبة لأي غاز مثالي . وحقيقة أن ثابت الغازات المولي ثابت لا يتغير بنوع الغاز المثالي قد توصل إليها أميدو افوجادرو عام 1811 بالتجارب العملية وصاغ نتائجه فيما يسمى قانون أفوجادرو للغازات .

ثابت الغازات النوعي

ينطبق ثابت الغازات العام على غاز مثالي الغازات المثالية مثل الهيليوم و النيون و الكريبتون وهي غازات أحادية الذرات ، أي لا تكوّن جزيء جزيئات . أما الغازات الحقيقية مثل الأكسجين و النيتروجين و ثاني أكسيد الكربون فهي لاتتكون من ذرات منفردة وإنما تتوجد تلك الغازات الحقيقية في هيئة جزيئات ، فمثلا يتكو ن جزيء الأكسجين من ذرتين ، ويتكون جزيء ثاني أكسيد الكربون من ثلاثة ذرات (ذرة كربون متحدة بذرتين أكسجين) ، تلك الغازات الحقيقية يمكنها حمل طاقة داخلية (في الجزيئات أنفسها) بالإضافة إلى طاقة حركتها الانتقالية العشوائية . لهذا يتعدل الثابت العام للغازات الذي ينطبق على الغازات المثالية لكي يصف سلوك الغاز الحقيقي تحت الاختبار .



عندما نقسم ثابت الغازات العام R على كتلة مولية الكتلة المولية لغاز حقيقي نصل إلى ما يسمى ثابت الغازات النوعي لهذا الغاز الحقيقي ، فهو كما نرى يعتمد على نوع الغاز الحقيقي وتركيب الجزيء منه . يرمز لثابت الغاز النوعي بالرمز Rs أو Rspec

R_mathrm s frac R M

ونظرا لأن الكتلة المولية M هي الشائعة لوصف غاز فإنه من الأحسن عدم استخدام ثابت الغازات النوعي واستبداله بثابت الغازات العام مع استخدام الكتلة المولية للغاز.



بالتجارب العملية توصل الباحثون إلى تعيين ثابت الغازات النوعي للعديد من الغازات الحقيقية (أنظر الجدول) ، ومن ضمنها على الأخص بخار الماء الذي تنتشر صناعته في الآلات البخارية والتوربينات وغيرها ، وتحدد خواصه عند درجات حرارة مختلفة ومرتفعة كفاءة الآلة التي تعمل بواسطته



wikitable float-right


+ ثابت الغاز النوعي والكتلة المولية


-


! الغاز


! R_mathrm s

[J·kg−1·K−1]
! M

[g·mol−1]
-


أرجون (عنصر) , Ar 208 39,94


-


ثاني أكسيد الكربون , CO2 188,9 44,01
-


أول أكسيد الكربون , CO 297 28,01


-


الهيليوم , He 2077 4,003


-


الهيدروجين , H2 4124 2,016
-


الميثان , CH4 518,3 16,05
-


النيتروجين , N2 296,8 28,02
-


الأكسجين , O2 259,8 31,999
-


البروبان , C3H8 189 44,09
-


ثاني أكسيد الكبريت , SO2 130 64,07
-


الهواء الجاف 287 28,97


-


بخار الماء , H2O 462 18,01



تنشأ تلك القيم المختلفة للغازات الحقيقية بسبب تركيبها ، هل يتكون الجزيء منها من ذرتين , أو ثلاثة ذرات أو أكثر . لتلك الغازات لا بد من أخذ ما يسمى درجة حرية (فيزياء) درجات حرية الجزيء في الاعتبار ، ودرجات حرية جزيء تعتمد على الحركة الانتقالية لجزيئات الغاز وكذلك على طرق اهتزازه الذاتية (أنظر درجة حرية (فيزياء) درجة حرية .)



وكما أن هناك علاقة تربط ثابت الغازات العام بثابت بولتزمان فيمكن ربط ثابت الغاز النوعي أيضا بثابت بولتزمان كالآتي

R_
m specific frac k_
m B m

وهناك علاقة هامة تتعلق ديناميكا حرارية بالديناميكا الحرارية . وهذه العلاقة تربط بين ثابت الغاز النوعي حرارة نوعية بالحرارة النوعية للغاز

R_
m specific c_
m p - c_
m v

حيث < >c< >p الحرارة النوعية للغاز عند ثبات الضغط ، و < >c< >v الحرارة النوعية للغاز عند ثبات الحجم .Anderson, < >Hypersonic and High-T perature Gas Dynamics, AIAA Education Series, 2nd Ed,





من المعتاد في التطبيقات الهندسية بالرمز لثابت الغازات النوعي بالرمز < >R . في تلك الحالة يستخدم رمز آخر لثابت الغازات العام مثل




R للتفرقة بينهما حيث u أختصارا ل universal . وعلى أية حال فلا بد لنا من ذكر أو التحقق عما إذا كانت < >R المذكورة تعني ثابت الغاز العام أم ثابت الغاز النوعي ! Moran and Shapiro, < >Fundamentals of Engineering Thermodynamics, Wiley, 4th Ed, 2000

تطبيق على الهواء

تبلغ الكتلة المولية < >Mair للهواء الجاف 28,9644  ( جرام / مول ) ، [وبالكيلوجرام تعادل 0,0289644  كيلوجرام / مول ].





بذلك يمكننا حساب ثابت الغازات النوعي للهواء < >Rs, air لكل كيلوجرام

R_mathrm s,air 287 , 058 mathrm frac J kg cdot K

ووحدته هنا جول /( كيلوجرام . كلفن ) . وتنطبق هذا القيمة مع القيمة المذكورة في الجدول أعلاه.

تطبيق لحساب ضغط بخار الماء

طبقا لدالة الحالة الترموديناميكية للغاز المثالي نحصل على ضغط بخار الماء المشبع (بالتقريب) كحاصل ضرب كمية بخار الماء المشبع في ثابت الغازات النوعي و درجة الحرارة ب الكلفن . ونستخدم المعادلة كالآتي

E_ gamma,varphi (T)
ho_ gamma,varphi mathrm max (T) cdot R_gamma cdot T

حيث تعبر جاما هنا عن بخار الماء ،

* و ثابت الغازات انوعي لبخار الماء < >R&gamma ,

* &phi < > ترمز لطور الماء ، وهو هنا بخار الماء ،

* < >E&gamma ,&phi ضغط البخار ،

*و < >&rho &gamma ,&phi كثافة البخار المشبع .

طبقا للنظام الدولي للوحدات SI تقاس كثافة البخار المشبع غالبا بوحدة


جرام /متر المكعب ، أي g/m3.

دمج ثابت الغازات النوعي


float


! قيم < >R




! الوحدات


- International Organization for Standardization ISO


8.314472


J·K−1·mol−1
-


0.08205784


L·atm·K−1·mol−1
-


8.20574587 × 10−5
m3·atm·K−1·mol−1
-


8.314472


cm3·MPa·K−1·mol−1
-


8.314472


L·kPa·K−1·mol−1
-


8.314472


m3·Pa·K−1·mol−1
-


62.3637


L·mmHg·K−1·mol−1
-


62.3637


L·Torr·K−1·mol−1
-


83.14472


L·mbar·K−1·mol−1
-


1.987


cal · K−1·mol−1
-


6.132440


lbf·ft·K−1·g·mol−1
-


10.7316


ft3·psi· °R−1· lb-mol −1
-


0.7302


ft3·atm·°R−1·lb-mol−1
-


1716


ft·lb·°R−1·slug−1
-


286.9


N·m·kg−1·K−1




ثابت الغازات العام في الفيزياء و الكيمياء (بالإنجليزية universal gas constant) (رمزه R) هو ثابت فيزيائي يستخدم في دراسة خواص الغازات ، ويدخل في عدد كبير من القوانين الفيزيائية المتعلقة دالة حالة بحالة نظام من الغاز من حيث تأثير تغير حالة تغير حالته عن طريق رفع درجة الحرارة أو الضغط أو إنتروبيا إنتروبية النظام.





كما ينتج ثابت الغازات العام من قانون الغازات المثالية ؛ وقيمته التي حصل عليها العلماء بالتجارب هي

< >R 8.314472(15) J · K-1 · mol-1

وقد حصلنا على قيمة ثابت الغازات العام بالتجربة العملية حيث أنه ينطبق على جميع الغازات المثالية . وعند مشاهدة حجم V معين من الغاز و ضغط ه p و درجة الحرارة درجة حرارته T ، نجد أن تلك الثلاثة متغيرات ترتبط ببعضها البعض طبقا للمعادلة التالية ، ويظهر فيها مقدار ثابت لا يتغير بنوع الغاز ، وهذا الثابت R أسماه العلماء ثابت الغازات العام .

p V n R T

تعبر الكمية n عن كمية الغاز الموجودة في الحجم V أو بمعنى آخر تعبر عن عدد الجسيمات في الغاز الموجودة في الحجم V . وقد يتبادر للمرء أن ضغط الغاز يعتمد على كتلة جزيئات الغاز أو كتلة ذرات الغاز ، ولكن هذا ليس صحيحا فالثابت العام للغازات هو ثابت ينطبق لجميع غاز مثالي الغازات المثالية مثل الهيليوم و النيون و الأرجون وغيرها ، ولذلك يسمى الثابت العام للغازات. وأول من توصل إلى أن ثابت الغازات هو ثابت عام لجميع الغازات المثالية كان العالم أفوجادرو في عام 1811 وسمي قانون أفوجادرو باسمه .



وحدة الثابت العام للغازات هي جول / مول / كلفن ، أي مقدار الطاقة الموجودة في 1 مول من الغاز وتغيرها عند رفع درجة حرارة الغاز درجة واحدة . لهذا نضرب عدد أفوجادرو الذي يعطي عدد الجسيمات في 1 مول من الغاز ، نضربه في ثابت بولتزمان < >kB (وهي كمية الطاقة التي يكتسبها جزيئ واحدً من الغاز عند رفع درجة حرارة الغاز 1 درجة كلفن ) ، فنحصل على ثابت الغازات العام .