Училищна енциклопедия. Налягане на газ върху стената на съда Затвърждаване на материала, разгледан в урока

Където и да е газът: в балон, автомобилна гума или метален цилиндър - той запълва целия обем на съда, в който се намира.

Налягането на газ възниква по съвсем различна причина от налягането на твърдо тяло. Образува се в резултат на удари на молекули върху стените на съда.

Налягането на газа върху стените на съда

Движейки се произволно в пространството, газовите молекули се сблъскват една с друга и със стените на съда, в който се намират. Силата на удара на една молекула е малка. Но тъй като има много молекули и те се сблъскват с голяма честота, тогава, действайки заедно върху стените на съда, те създават значително налягане. Ако твърдо тяло е поставено в газ, то също е подложено на удари от газови молекули.

Нека направим прост експеримент. Под камбаната на въздушната помпа поставяме завързан балон, непълно напълнен с въздух. Тъй като в него има малко въздух, топката има неправилна форма. Когато започнем да изпомпваме въздух изпод камбаната, балонът ще започне да се надува. След известно време тя ще придобие формата на обикновена топка.

Какво стана с нашата топка? В края на краищата той беше вързан, следователно, количеството въздух в него остана същото.

Всичко е обяснено доста просто. По време на движението молекулите на газа се сблъскват с обвивката на топката отвън и вътре в нея. Ако въздухът се изпомпва от камбаната, молекулите стават по-малки. Плътността намалява, а оттам и честотата на ударите на молекулите върху външната обвивка също намалява. Следователно налягането извън черупката спада. И тъй като броят на молекулите вътре в черупката остава същият, вътрешното налягане надвишава външното. Газът притиска черупката отвътре. И поради тази причина тя постепенно набъбва и придобива формата на топка.

Законът на Паскал за газовете

Газовите молекули са много подвижни. Благодарение на това те предават налягане не само в посоката на силата, която причинява това налягане, но равномерно във всички посоки. Законът за пренос на налягане е формулиран от френския учен Блез Паскал: Налягането, приложено към газ или течност, се предава непроменено до всяка точка във всички посоки". Този закон се нарича основен закон на хидростатиката - науката за течността и газа в състояние на равновесие.

Законът на Паскал се потвърждава от опит с устройство, наречено Топката на Паскал . Това устройство представлява топка от твърда материя с направени в нея малки дупки, свързани с цилиндър, по който се движи бутало. Балонът е пълен с дим. Когато се компресира от бутало, димът се изтласква от дупките на топката на равни струи.

Налягането на газа се изчислява по формулата:

където д лин - средна кинетична енергия на транслационно движение на газовите молекули;

н - концентрация на молекули

парциално налягане. Законът на Далтън

На практика най-често се налага да се срещаме не с чисти газове, а с техните смеси. Ние дишаме въздух, който е смес от газове. Ауспухът на автомобила също е смес. Чистият въглероден диоксид не се използва при заваряване от дълго време. Вместо това се използват и газови смеси.

Газова смес е смес от газове, които не влизат в химични реакции помежду си.

Налягането на отделен компонент на газова смес се нарича парциално налягане .

Ако приемем, че всички газове от сместа са идеални газове, тогава налягането на сместа се определя от закона на Далтон: „Налягането на смес от идеални газове, които не взаимодействат химически, е равно на сумата от парциалните налягания“.

Стойността му се определя по формулата:

Всеки газ в сместа създава парциално налягане. Температурата му е равна на температурата на сместа.

Налягането на газа може да се промени чрез промяна на неговата плътност. Колкото повече газ се изпомпва в метален цилиндър, толкова повече молекули ще ударят стените и толкова по-високо ще стане неговото налягане. Съответно, изпомпвайки газа, ние го разреждаме и налягането намалява.

Но налягането на газа може да се промени и чрез промяна на неговия обем или температура, тоест чрез компресиране на газа. Компресирането се осъществява чрез упражняване на сила върху газообразно тяло. В резултат на такова въздействие обемът, зает от него, намалява, налягането и температурата се повишават.

Газът се компресира в цилиндъра на двигателя, докато буталото се движи. При производството високото налягане на газа се създава чрез компресирането му с помощта на сложни устройства - компресори, които са в състояние да създават налягане до няколко хиляди атмосфери.

Поведение на атмосферните молекули Атмосферата се състои от газове и защо молекулите не отлитат в световното пространство? Атмосферата се състои от газове и защо молекулите не отлитат в световното пространство? Както всички тела, газовите молекули, които съставляват въздушната обвивка на Земята, са привлечени от Земята. Както всички тела, газовите молекули, които съставляват въздушната обвивка на Земята, са привлечени от Земята. За да напуснат Земята, те трябва да имат скорост най-малко 11,2 km / s, това е втората космическа скорост. Повечето молекули имат скорост по-малка от 11,2 km/s. За да напуснат Земята, те трябва да имат скорост най-малко 11,2 km / s, това е втората космическа скорост. Повечето молекули имат скорост по-малка от 11,2 km/s. Защо атмосферата не се утаява на земната повърхност? Защо атмосферата не се утаява на земната повърхност? Молекулите на газовете, които изграждат атмосферата, се движат непрекъснато и произволно. Молекулите на газовете, които изграждат атмосферата, се движат непрекъснато и произволно.

Под въздействието на гравитацията горните слоеве на въздуха на атмосферата притискат долните. Под въздействието на гравитацията горните слоеве на въздуха на атмосферата притискат долните. Слоят, прилежащ към Земята, е най-компресиран. Слоят, прилежащ към Земята, е най-компресиран. Земната повърхност и телата върху нея изпитват налягането на цялата дебелина на въздуха (според закона на Паскал) - атмосферно налягане. Земната повърхност и телата върху нея изпитват налягането на цялата дебелина на въздуха (според закона на Паскал) - атмосферно налягане.

Исторически факт За първи път тежестта на въздуха обърква хората през 1638 г., когато идеята на херцога на Тоскана да украси градините на Флоренция с фонтани се проваля - водата не се издига над 10,3 м. За първи път тежестта на въздуха обърка хората през 1638 г., когато идеята на херцога на Тоскана да украси градините на Флоренция с фонтани се провали - водата не се издигна над 10,3 м. Търсенето на причините за упоритостта на водата и опити с по-тежка течност - живак, предприети през 1643г. Торичели, доведе до откриването на атмосферното налягане. Търсенето на причините за упоритостта на водата и опити с по-тежка течност - живак, предприети през 1643г. Торичели, доведе до откриването на атмосферното налягане.

Опитът на Ото фон Герике През 1654 г. магдебургският бургомайстор и физик Ото фон Герике показва един експеримент в Райхстага в Регенсбург, който днес се нарича експеримент с магдебургските полукълба по целия свят. През 1654 г. магдебургският бургомайстор и физик Ото фон Герике показва един експеримент в Райхстага в Регенсбург, който днес се нарича опит с магдебургските полукълба по целия свят.

Атмосферно налягане и човек Атмосферното налягане не се усеща от хората и животните. Атмосферното налягане не се усеща от хора и животни. Тъканите, кръвоносните съдове и стените на други телесни кухини са изложени на външното налягане на атмосферата. Тъканите, кръвоносните съдове и стените на други телесни кухини са изложени на външното налягане на атмосферата. Кръвта и другите течности и газове, които запълват тези кухини, упражняват същия натиск отвътре. Кръвта и другите течности и газове, които запълват тези кухини, упражняват същия натиск отвътре.

Дишане Механизмът на вдишване е следният: с мускулно усилие увеличаваме обема на гръдния кош, докато налягането на въздуха вътре в белите дробове става по-малко от атмосферното налягане, а атмосферното налягане изтласква част от въздуха в зона от \u200b \u200 налягане на вентилатора. Механизмът на вдишване е следният: с мускулно усилие увеличаваме обема на гръдния кош, докато налягането на въздуха вътре в белите дробове става по-малко от атмосферното налягане, а атмосферното налягане изтласква част от въздуха в зона от \u200b\ налягане на вентилатора u200. Как става издишването? Как става издишването?

Домашна работа Интересна информация на сайта Cool физика Можете да отговаряте на въпроси за отделна оценка Интересна информация на сайта Cool физика Можете да отговаряте на въпроси за отделна оценка §40 §40 Попълнете картата Попълнете картата Изпълнете и обяснете писмено един от експериментите Извършете и обяснете писмено един от експериментите

Защо пътниците в самолета се съветват да премахнат мастилото от писалките преди излитане? Защо пътниците в самолета се съветват да премахнат мастилото от писалките преди излитане? Как се пълни стъклена тръба с вода? Как се пълни стъклена тръба с вода? Защо има не една, а две дупки в капаците на кутиите за смазочни масла? Защо има не една, а две дупки в капаците на кутиите за смазочни масла? Защо има дупка в капака на порцеланов чайник? Защо има дупка в капака на порцеланов чайник? Защо е трудно да се извадят крака, забити в напоена глина? Защо е трудно да се извадят крака, забити в напоена глина? Кой е по-лесно да ходи в калта? Много е трудно за кон със здраво копито да извади крака си от дълбока кал. Под крака, когато тя го повдигне, се образува разредено пространство и атмосферното налягане не позволява кракът да бъде изтеглен. В този случай кракът работи като бутало в цилиндър. Много е трудно за кон със здраво копито да извади крака си от дълбока кал. Под крака, когато тя го повдигне, се образува разредено пространство и атмосферното налягане не позволява кракът да бъде изтеглен. В този случай кракът работи като бутало в цилиндър. Външно, огромно в сравнение с възникналото, атмосферно налягане не позволява повдигане на крака. В същото време силата на натиск върху крака може да достигне 1000 N. Външното, огромно в сравнение с възникналото, атмосферно налягане не позволява повдигане на крака. В същото време силата на натиск върху крака може да достигне 1000 N. За преживните животни е много по-лесно да се движат през такава кал, в която копитата се състоят от няколко части и когато краката са извадени от калта, те се сгъстен, пропускащ въздух в образуваната депресия. Много по-лесно е да се движат през такава кал за преживните животни, при която копитата се състоят от няколко части и при изваждане от калта краката се компресират, пропускайки въздух в получената вдлъбнатина.

Атмосферно налягане и времето Атмосферното налягане помага да се предскаже времето, което е необходимо за хора от различни професии - пилоти, агрономи, радисти, полярни изследователи, лекари, учени. Ако атмосферното налягане се повиши, тогава времето ще бъде добро: студено през зимата, горещо през лятото; ако падне рязко, тогава можем да очакваме появата на облаци, насищане на въздуха с влага. Намаляването на налягането през лятото предвещава застудяване, през зимата - затопляне. Атмосферното налягане помага да се предскаже времето, което е необходимо за хора от различни професии - пилоти, агрономи, радисти, полярни изследователи, лекари, учени. Ако атмосферното налягане се повиши, тогава времето ще бъде добро: студено през зимата, горещо през лятото; ако падне рязко, тогава можем да очакваме появата на облаци, насищане на въздуха с влага. Намаляването на налягането през лятото предвещава застудяване, през зимата - затопляне. Атмосферното налягане се повишава, ако въздушните маси се движат надолу (надолу). От голяма надморска височина се спуска сух въздух, така че времето ще бъде добро, без валежи. Атмосферното налягане намалява с възходящи въздушни течения. Въздухът се издига нагоре, богато наситен с водна пара. На върха се охлажда, което води до появата на облаци, валежи - времето се влошава. Атмосферното налягане се повишава, ако въздушните маси се движат надолу (надолу). От голяма надморска височина се спуска сух въздух, така че времето ще бъде добро, без валежи. Атмосферното налягане намалява с възходящи въздушни течения. Въздухът се издига нагоре, богато наситен с водна пара. На върха се охлажда, което води до появата на облаци, валежи - времето се влошава.

Какво би се случило на Земята, ако въздушната атмосфера внезапно изчезне? на Земята ще се установи температура от приблизително C на Земята, температура от приблизително C ще се установи, всички водни пространства ще замръзнат и земята ще бъде покрита с ледена кора, всички водни пространства ще замръзнат и земята ще бъде покрита с ледена кора, ще настъпи пълна тишина, тъй като звукът не се разпространява в празнотата, ще има пълна тишина, тъй като звукът не се разпространява в празнотата, небето ще стане черно, тъй като цветът на небосвода зависи от въздухът; нямаше да има здрач, зазоряване, бели нощи, небето щеше да стане черно, тъй като цветът на небосвода зависи от въздуха; няма да има здрач, зори, бели нощи, блещукането на звездите ще спре и самите звезди ще се виждат не само през нощта, но и през деня (през деня не ги виждаме поради разпръскването на слънчевата светлина от въздушни частици), блещукането на звездите ще спре, а самите звезди ще се виждат не само през нощта, но и през деня (през деня не ги виждаме поради разпръскването на слънчевата светлина от въздушните частици) животни и растенията ще умрат животните и растенията ще умрат

Когато извеждаме уравнението на състоянието за идеален газ, ще разглеждаме молекулите като малки твърди топчета, затворени в кутия с обем V(фиг. 8.2) . Предположението за твърди топки означава, че между молекулите възникват еластични сблъсъци. Помислете първо за една такава молекула, отразена от лявата стена на кутията. Средната сила, действаща върху стената във времето, е равна на

В резултат на сблъсъка импулсът се променя със сумата

От времето между сблъсъците на молекулата с тази стена

тогава средната сила действа върху стената от една молекула

Ориз. 8.2 Частица в съд с обем lS след отражение от лявата стена

Пълната сила, с която всичко нмолекули в кутията действат върху стената, се дава от

където е квадратът на скоростта, осреднена за всички частици.

Тази стойност се нарича средноквадратична скорост в посоката на оста х. Разделяне на двете части на това съотношение на площта на стената С, получаваме налягането

Да заменим Слна обем V; тогава

От тук вече се вижда, че за дадено количество газ продуктът pVостава постоянна, при условие че кинетичната енергия на частиците остава непроменена. Дясната страна на формулата (8.16) може да бъде написана в термините . Наистина ли,

Тъй като молекулите се отразяват по абсолютно същия начин от всичките шест лица, тогава

Нека сега заместим в (8.16) стойността:

Ще дефинираме абсолютната температура като стойност, правопропорционална на средната кинетична енергия на молекулите в съда:

(определяне на температурата), където е средната кинетична енергия на частица.

Коефициент на пропорционалност (2 / 3к) е константа. Стойността на константата к (Болцманова константа) зависи от избора на температурна скала. Един от начините за избор на скала се основава на факта, че температурният интервал между точките на кипене и замръзване на водата при нормално налягане се приема за 100 градуса (=100 Да се). Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, величина копределя се чрез измерване на свойствата на водата. Експериментално е установено, че

(Константа на Болцман). Ако използвайки (8.18) изключим стойността от (8.17), тогава получаваме

(уравнение на състоянието на идеалния газ).

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, като приложихме уравненията на нютоновата механика към отделни молекули, т.е. използвайки ги на микроскопично ниво, ние въведохме важна връзка между макроскопските величини п, Ви т(вж.
Хоствано на ref.rf
(8.20) с (8.7)).

Като се вземе предвид равенството (8.20), уравнението на състоянието на идеалния газ може да бъде пренаписано във вида

където не концентрацията на молекулите. Тъй като за едноатомен газ средната кинетична енергия съвпада със средната транслационна енергия, уравнението (8.21) може да бъде представено като

Продуктът дава общата енергия на транслационното движение нмолекули. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, налягането е равно на две трети от енергията на транслационното движение на молекулите, съдържащи се в единица обем газ.

Вече казахме (§ 220), че газовете винаги запълват напълно обема, ограничен от газонепроницаеми стени. Така например стоманен цилиндър, използван в технологията за съхранение на сгъстени газове (фиг. 375), или камера за автомобилни гуми е напълно и почти равномерно запълнена с газ.

Ориз. 375. Стоманен цилиндър за съхранение на силно сгъстени газове

В опит да се разшири, газът оказва натиск върху стените на цилиндъра, камерата на гумата или всяко друго тяло, твърдо или течно, с което влиза в контакт. Ако не вземем предвид действието на гравитационното поле на Земята, което при обичайните размери на съдовете само пренебрежимо променя налягането, тогава при равновесие налягането на газа в съда ни изглежда напълно равномерно. Тази забележка се отнася до макрокосмоса. Ако си представим какво се случва в микрокосмоса на молекулите, които съставляват газа в съда, тогава не може да става дума за някакво равномерно разпределение на налягането. На някои места по повърхността на стените ги удрят газови молекули, а на други места няма удари; тази картина се променя през цялото време по безпорядък начин.

За простота, нека приемем, че всички молекули летят с еднаква скорост, преди да се ударят в стената, насочени по нормалата към стената. Приемаме също, че ударът е абсолютно еластичен. При тези условия скоростта на молекулата при удар ще промени посоката на противоположна, оставайки непроменена по абсолютна стойност. Следователно скоростта на молекулата след удара ще бъде равна на . Съответно, импулсът на молекулата преди удара е , а след удара е равен на ( - масата на молекулата). Като извадим първоначалната му стойност от крайната стойност на импулса, намираме увеличението на импулса на молекулата, придадена от стената. То е равно. Според третия закон на Нютон импулсът, равен на, се предава на стената при удар.

Ако за единица време на единица площ от стената има удари, тогава през времето молекулите удрят повърхността на стената. Молекулите отчитат на мястото за времето общия импулс, равен по модул. По силата на втория закон на Нютон този импулс е равен на произведението на силата, действаща върху мястото и времето. По този начин,

Където .

Разделяйки силата на площта на секцията на стената, получаваме налягането на газа върху стената:

Лесно е да се види, че броят на ударите за единица време зависи от скоростта на молекулите, тъй като колкото по-бързо летят, толкова по-често се удрят в стената и от броя на молекулите на единица обем, защото колкото повече молекули, толкова по-голям е броят на въздействията, които те нанасят. Следователно можем да приемем, че е пропорционално на и, т.е., пропорционално

За да изчислим налягането на газ с помощта на молекулярната теория, трябва да знаем следните характеристики на микрокосмоса на молекулите: маса, скорост и брой молекули на единица обем. За да открием тези микрохарактеристики на молекулите, трябва да установим от какви характеристики на макрокосмоса зависи налягането на газа, т.е. да установим чрез опит законите за налягането на газа. Сравнявайки тези експериментални закони със законите, изчислени с помощта на молекулярната теория, ще можем да определим характеристиките на микрокосмоса, например скоростта на газовите молекули.

И така, нека установим от какво зависи налягането на газ?

Първо, налягането зависи от степента на компресия на газа, тоест от това колко газови молекули са в даден обем. Например, чрез принуждаване на все повече и повече въздух в автомобилна гума или чрез компресиране (намаляване на обема ) затворена камера, ние принуждаваме газа да натиска все по-силно и по-силно върху стените на камерата.

Второ, налягането зависи от температурата на газа. Известно е, например, че топката става по-еластична, ако се държи близо до нагрята пещ.

Обикновено промяната в налягането се причинява от двете причини едновременно: както промяна в обема, така и промяна в температурата. Но е възможно процесът да се извърши по такъв начин, че когато обемът се промени, температурата ще се промени пренебрежимо малко или когато температурата се промени, обемът практически ще остане непроменен. Първо ще се заемем с тези случаи, след като предварително направим следната забележка. Ще разгледаме газа в равновесие. Това означава, че в газа са установени както механично, така и топлинно равновесие.

Механичното равновесие означава, че няма движение на отделни части на газа. За това е необходимо налягането на газа да бъде еднакво във всичките му части, ако пренебрегнем незначителната разлика в налягането в горния и долния слой на газа, която възниква под действието на гравитацията.

Топлинното равновесие означава, че няма пренос на топлина от една част на газа към друга. За да направите това, е необходимо температурата в целия обем на газа да бъде еднаква.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

наляганев съд с газ се създава от удари на молекули върху стената му.

Поради термично движение, газовите частици от време на време се удрят в стените на съда (фиг. 1а). При всеки удар молекулите действат върху стената на съда с известна сила. Добавяйки се взаимно, ударните сили на отделните частици образуват определена сила на натиск, която постоянно действа върху стената на съда. При сблъсък със стените на съда, газовите молекули взаимодействат с тях по законите на механиката като еластични тела и предават импулсите си към стените на съда (фиг. 1б).

Фиг. 1. Налягане на газа върху стената на съда: а) възникване на налягане поради удари върху стената на произволно движещи се частици; б) сила на натиск в резултат на еластично въздействие на частиците.

На практика най-често те се занимават не с чист газ, а със смес от газове. Например, атмосферният въздух е смес от азот, кислород, въглероден диоксид, водород и други газове. Всеки от газовете, които съставляват сместа, допринася за общото налягане, което сместа от газове упражнява върху стените на съда.

За газова смес, закон на далтън:

налягането на газовата смес е равно на сумата от парциалните налягания на всеки компонент на сместа:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Парциално наляганее налягането, което би било заето от газа, който е част от газовата смес, ако той сам заема обем, равен на обема на сместа при дадена температура (фиг. 2).

Фиг.2. Законът на Далтън за газова смес

От гледна точка на молекулярната кинетична теория, законът на Далтон е изпълнен, тъй като взаимодействието между молекулите на идеалния газ е незначително. Следователно всеки газ оказва натиск върху стената на съда, сякаш в съда няма други газове.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Упражнение	Затворен съд съдържа смес от 1 мол кислород и 2 мола водород. Сравнете парциалните налягания на двата газа (налягане на кислорода) и (налягане на водорода):
Отговор	Налягането на газ се дължи на въздействието на молекулите върху стените на съда, не зависи от вида на газа. При условия на топлинно равновесие температурата на газовете, които съставляват газовата смес, в този случай кислород и водород, е една и съща. Това означава, че парциалните налягания на газовете зависят от броя на молекулите на съответния газ. Един мол от всяко вещество съдържа