Образовака🌡️ Физика7 классДавление твёрдых тел, жидкостей и газов

Давление газа

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 131.

Из курса физики 7 класса известно, что газ — это состояние вещества, при котором молекулы имеют достаточную скорость и энергию, чтобы преодолевать силы взаимного притяжения и удаляться друг от друга, заполняя весь предоставленный объём. Важнейшей характеристикой газа является давление. Рассмотрим эту тему подробнее, приведём формулу давления газа.

Давление в газах

Как известно из механики, давление — это мера распределения силы по некоторой площади. Она равна отношению величины силы, действующей на тело, к площади, на которой распределено действие.

Молекулы газа, заполняя предоставленный объём сосуда, непрерывно сталкиваются друг с другом и со стенками. Силы соударений отдельных молекул сливаются в одну общую силу. При этом из-за хаотичности движения молекул в любой точке газа есть молекулы, движущиеся во всех направлениях. А значит, эта сила есть в любой точке газа, и действует она также во всех направлениях. Причём, чем большую область мы будем рассматривать, тем больше в ней будет молекул, и тем большая сила будет действовать на границы этой области.

Получается, что в любой точке газа соударения молекул создают некоторую силу, пропорциональную площади, причём отношение этих двух величин постоянно. Это и есть давление газа.

Связь температуры и давления

Итак, давление газа создаётся хаотически движущимися молекулами в результате постоянных соударений. Следовательно, чем больше средняя скорость движения молекул, тем больше будет давление газа. А мера средней скорости молекул — это температура. Значит, если газ содержится в некотором постоянном объёме, то его давление будет пропорционально температуре. Данный закон был установлен в конце XVIII в. Ж. Шарлем и получил его имя.

Закон Шарля гласит, что отношение давления газа к его абсолютной температуре при неизменном объёме остаётся постоянным:

$${p\over T} = const$$

где:

$p$ — давление газа;
$T$ — абсолютная температура газа.

Закон Шарля — это один из газовых законов молекулярно-кинетической теории (МКТ), связывающих макроскопические газовые параметры: давление, температуру и объём. Закон Шарля описывает ситуацию, когда объём газа постоянен.

Основное уравнение МКТ

Поскольку давление газа обуславливается хаотическим движением молекул, то его величина может быть определена, исходя из концентрации молекул, массы и средней скорости молекулы:

$$p={1\over 3}nm_0v_{ср}^2$$

где:

$p$ — давление газа;
$n$ — число молекул в единице объёма (концентрация);
$m_0$ — масса молекулы;
$ v_{ср}^2$ — среднеквадратичная скорость молекулы.

Данное соотношение называется основным уравнением МКТ. Оно связывает средние параметры одной молекулы с давлением газа. Температура в эту формулу не входит, однако она неявно присутствует в ней в виде среднеквадратичной скорости, которая пропорциональна температуре.

Рис. 3. Молекулярно-кинетическая теория.

Что мы узнали?

Давление газа обуславливается постоянными ударами молекул газа о стенки сосуда и между собой. Давление при постоянном объёме растёт при росте температуры. Величина давления может быть определена с помощью основного уравнения МКТ.