0 0 0
Личный кабинет Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга

Давление газа

Содержание

    Какие свойства газов отличают их от твердых тел и жидкостей? Одно из существенных отличий — это отсутствие формы и заполнение всего объема предмета, в котором данный газ помещается.

    Это явление мы можем увидеть на примере обычного волейбольного мяча: он имеет форму шара, так как газ равномерно заполняет весь объем тела.

    Рисунок 1. Заполнение газом всего объема волейбольного мяча

    Оказывается, газ тоже оказывает давление на предметы и поверхности, с которыми он взаимодействует. Так газ, помещенный внутри сосуда, оказывает давление на дно, стенки и крышку этого сосуда. Но почему так происходит?

    На данном уроке мы рассмотрим природу давления в газах и вы узнаете, от чего оно зависит для вещества в газообразном агрегатном состоянии.

    Объяснение давления в газах

    Казалось бы, молекулы газа слишком маленькие, поэтому их масса тоже очень мала. Да и площадь соприкосновения очень невелика. Тогда почему явление давления все-таки существует и для газа?

    Как объясняют давление газа на основе учения о движении молекул?
    Все дело в том, что молекулы газа хаотично движутся (рисунок 2). Поэтому в ходе своего движения они могут сталкиваться как друг с другом, так и со стенками сосуда. Молекул в газе очень много, поэтому и число ударений молекул со стенками сосуда является очень большим числом.

    Рисунок 2. Хаотичное движение молекул газа

    Давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа.

    Таким образом, если рассматривать отдельную молекулу, то ее вклад в общее давление очень невелик. Но из-за огромного числа молекул в газе суммарное давление получается довольно-таки значимым.

    Как можно на опыте показать, что газ производит давление на стенки сосуда, в котором он находится?

    Вы узнали, что причина возникновения давления газа на стенки сосуда — это удары его молекул о стенки сосуда. Давайте подтвердим эту информацию, рассмотрев опыт.

    У нас есть воздушный насос, который представляет собой специальную камеру, из которой можно откачать воздух. Возьмем завязанный воздушный шарик и помести его под купол насоса. В шарика у нас совсем небольшое количество воздуха (рисунок 3, а).

    Рисунок 3. Опыт, показывающий, что давление газа по всем направлениям одинаково

    Теперь начнем откачивать воздух из-под колокола. Что будет происходить? Воздух внутри колокола становится более разреженным, а воздушный шарик постепенно раздувается. В итоге он примет форму шара (рисунок 3, б).

    Теперь, используя полученные знания о давлении газа, давайте объясним, что произошло. В самом начале нашего опыта молекулы воздуха есть и внутри шарика, и снаружи. Когда мы начинаем откачивать воздух, количество молекул воздуха под куполом уменьшается. Значит, уменьшается и количество их ударов об оболочку шарика. При этом количество молекул воздуха и их ударов внутри шарика не изменяется.

    Шарик раздувается. Это происходит до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равна силе давления газа.

    Из чего можно заключить, что газ производит одинаковое давление по всем направлениям?
    Резиновая оболочка шарика приняла форму именно шара! То есть число ударов молекул, которые приходятся на каждый $см^2$ площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Этот факт является следствием хаотичного движения гигантского числа молекул.

    Зависимость давления от объема газа

    Проведем еще один интересный опыт. Возьмем стеклянную трубку, у которой один конец закрыт тонкой резиновой пленкой. Вставим в нее поршень.

    При выдвигании поршня объем газа внутри сосуда увеличится. Резиновая пленка выгнется внутрь сосуда (рисунок 4). Количество молекул в единице объема при увеличении этого объема уменьшается, поэтому уменьшится и число ударов о стенки сосуда. А уже по этой причине уменьшится и само давление.

    Рисунок 4. Зависимость давления газа от его объема

    При вдвигании поршня, наоборот, объем воздуха уменьшается, поэтому количество молекул в единице этого объема увеличивается. Это означает, что увеличивается и само давление — резиновая пленка выгибается наружу.

    Значит, мы можем сделать вывод.

    При уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении — давление уменьшается.

    Для удобства хранения и транспортировки газов из специально сильно сжимают. Почему сжатые газы содержат в специальных баллонах?

    При сжатии газов их давление увеличивается во много раз. По этой причине используют специальные прочные алюминиевые и стальные баллоны (рисунок 5). Такие баллоны, например, используют дайверы и водолазы. В них же содержат сжатый воздух в подводных лодках, а также хранят кислород, используемый при сварке металлов.

    Рисунок 5. Баллоны со сжатым газом

    Зависимость давления от температуры газа

    Однако это еще не все: проводя некоторые опыты, физики заметили еще один интересный факт.

    При увеличении температуры газа в закрытом сосуде его давление увеличивается.

    Но почему?
    Как мы знаем, скорость молекул при нагревании увеличивается, поэтому увеличивается и количество соударений молекул друг о друга и о стенку сосуда. И, так как количество ударов молекул о стенку сосуда увеличилось, увеличилось и общее давление газа в сосуде (если масса и объем газа в сосуде остались неизменными).

    Задание

    Надуйте воздушный шарик и крепко его завяжите. Положите в любую емкость. Вначале облейте его водой, охлажденной в морозильной камере (до $5 \degree C$), затем горячей водой ($70 \degree C$). Дайте объяснение наблюдаемому явлению.

    Когда мы польем шарик холодной водой, он станет меньше (рисунок 6, а). Польем горячей — он увеличится (рисунок 6, б). Почему? Можно ответить просто, ведь вы уже знаете, что при нагревании тела расширяются, а при охлаждении — уменьшаются.

    Рисунок 6. Изменение объема воздушного шарика при его охлаждении и нагревании

    Если же использовать новые знания о давлении, то ответ будет звучать по-другому. При охлаждении воздуха уменьшится скорость движения его молекул и количество ударов о внутреннюю поверхность шарика. Давление воздуха, действующего изнутри на резиновый шарик, уменьшится. А так как его оболочка упругая, она сожмется — размер шарика станет меньше.

    И наоборот, при нагревании воздуха увеличится скорость движения его молекул и возрастет давление. Наш воздушный шарик станет больше.

    5
    5
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение