Частицы и давление газа
По очереди меняй количество частиц, объём и температуру. Сравни относительное давление с исходным состоянием.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Идеализированный газ: p пропорционально NT/V, где T в К. Опорное состояние: N = 40, V = 2, t = 20 °C, p/p₀ = 1. Точки условны, показан один момент движения.
Удары частиц
Частицы газа непрерывно и беспорядочно движутся. При столкновениях со стенкой они передают ей импульс; суммарное действие огромного числа ударов проявляется как давление.
Газ действует на все стенки, а не только на дно. В покоящемся газе без заметного влияния тяжести давление одинаково по направлениям. Отдельные частицы не имеют «температуры сосуда»: температура характеризует их коллективное состояние.
Тепловое движение
Частицы летят в разных направлениях
Столкновения со стенкой
Передают ей действие
Множество столкновений
Создаёт давление
Давление газа связано с тепловым движением и ударами частиц о стенки.
Частицы прижимают стенку только своим весом?
Нет. Основная причина газового давления — столкновения движущихся частиц; оно существует и в невесомости.
Сжатие при постоянной температуре
Если уменьшить объём закрытого сосуда, сохраняя температуру и количество газа, частицы чаще сталкиваются со стенками, и давление возрастает.
В простой модели разреженного газа уменьшение объёма вдвое даёт примерно удвоение давления при постоянной температуре. Быстрое реальное сжатие может дополнительно нагреть газ, поэтому условия существенны.
| Сохраняем | Меняем | Наблюдаем |
|---|---|---|
| Количество газа и температуру | Объём уменьшается | Давление растёт |
| Количество газа и температуру | Объём увеличивается | Давление падает |
При постоянной температуре сжатие данной порции газа повышает давление.
Почему нельзя забыть про температуру при быстром сжатии?
Газ может нагреваться, и увеличение давления будет связано сразу с двумя изменениями.
Манометр с упругой трубкой
Манометр показывает давление газа или жидкости в системе.
DStaiger · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Модель молекулы воды H₂O
Модель отдельной молекулы не показывает столкновения: газовое давление создаёт множество движущихся частиц.
Sakurambo; уточнение Plenz · Общественное достояние · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Нагревание и количество газа
При постоянных объёме и количестве газа нагревание увеличивает среднюю энергию теплового движения частиц и давление. При неизменных объёме и температуре добавление газа тоже повышает давление.
Модель показывает относительное давление, а не конкретное показание прибора. Для сравнения нагревания используется абсолютная температура T в кельвинах: T ≈ t + 273,15. Удвоение градусов Цельсия не означает удвоение давления.
| Изменение при прочих равных | Давление |
|---|---|
| Больше частиц в том же объёме | Выше |
| Выше абсолютная температура | Выше |
| Больше объём той же порции | Ниже |
Давление газа зависит от количества частиц, объёма и температуры.
От 10 °C до 20 °C давление удваивается?
Нет. Абсолютная температура меняется примерно от 283 до 293 К, а не вдвое.
Разделяем наблюдение и модель
В шприце с закрытым отверстием воздух сопротивляется сжатию. Это наблюдение. Объяснение через движение частиц — модель, связывающая явление с микроскопическим строением.
Цветные точки на экране увеличены и условны. Их число и размеры не соответствуют реальному количеству молекул. Модель помогает сравнить условия, но не заменяет точный расчёт для любого газа.
Опыт
Сжатый воздух сильнее действует на поршень
Объяснение
Возрастает давление вследствие движения частиц
При использовании модели нужно понимать её условия и условность изображения.
Можно ли считать молекулы газа неподвижными, если сосуд стоит?
Нет. Сосуд может покоиться, а тепловое движение частиц продолжается.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 7 класс», § 29. Тема и содержание сверены с файлом «7 класс. Физика — § 29. Давление газа.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.