Чем обусловлено давление газа на стенки сосуда

Мы
знаем, что газы, в отличие от твёрдых
тел и жидкостей заполняют весь сосуд,
в котором они находятся, например
стальной баллон для хранения газов,
камеру автомобильной шины или волейбольного
мяча. При этом газ оказывает давление
на стенки, дно и крышку баллона, камеры
или любого другого тела, в котором он
находится. Давление газа обусловлено
иными причинами, чем давление твёрдого
тела на опору. Известно, что молекулы
газа беспорядочно движутся. При своём
движении они сталкиваются друг с другом,
а также со стенками сосуда, в котором
находится газ. Молекул в газе много,
потому и число их ударов очень велико.
Хотя сила удара отдельной молекулы
мала, но действие всех молекул о стенки
сосуда значительно, оно и создаёт
давление газа. Итак, давление газа на
стенки сосуда (и на помещённое в газ
тело) вызывается ударами молекул газа.
При уменьшении объёма газа его давление
увеличивается, а при увеличении объёма
давление уменьшается при условии, что
масса и температура газа остаются
неизменными. Давление газа в закрытом
сосуде тем больше, чем выше температура
газа, при условии, что масса газа не
меняется.

Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твёрдого тела на опору.

Расстояния между молeкулами газа значительно больше. Двигаясь хаотично, молекулы сталкиваются между собой и ударяют о стенки занимаемого им сосуда. Давление газа на стенки сосуда и вызывается этими ударами молекул газа.

Рис. (1). Газ в сосуде

Давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Для газа характерно одинаковое давление по всем направлениям, оно является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.

на внутренние поверхности (дно, крышку, стенки) сосуда, в который он помещён, одинаково по всем направлениям.

Рис. (2). Газ в воздушном шаре

Все воздушные шары приобретают форму, в которой давление равномерно растягивает стенки шара. Сфера (шар) — форма, в которой давление на поверхность имеет наименьшее значение и равномерно по всем направлениям.

Сжатые газы проще транспортировать. Плотность сжатых газов больше, давление намного больше. Поэтому используют прочные сосуды — стальные баллоны.

Сжатый воздух используется для дайвинга. Горючие газы удобнее хранить в сжатом виде.

Рис. (3). Сжатые газы

1. При уменьшении объёма газа его давление увеличивается, а при увеличении объёма — давление уменьшается (при условии, что масса и температура газа остаются неизменными).

2. Давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа (при условии, что масса газа и объём не изменяются).

Рис. (4). Подогрев газа в сосуде

3. При увеличении массы газа давление увеличивается и наоборот.

Рис. 1. Газ в сосуде.

Рис. 2. Газ в воздушном шаре.

Рис. 4. Подогрев газа в сосуде.

Горелка. Указание авторства не требуется, 2021-07-29. Pixabay License, https://pixabay.com/images/id-3053616/.

§2. Давление газа на стенку сосуда.

Выше мы рассмотрели термодинамический параметр – давление газа P.

Давление по определению есть сила, действующая на единицу поверхности тела. В случае газа давление обусловлено тем, что при своем движении молекулы газа ударяют о стенку сосуда, в котором находятся, создавая тем самым давление газа на стенку. Вычислим это давление исходя из молекулярно-кинетических представлений. Т.е. считаем, что:

– давление не зависит от формы сосуда;

– молекулы отражаются от стенок зеркально;

– все направления движения молекул равновероятны.

Определим число ударов молекулы о стенку на единицу поверхности в единицу времени в сферическом сосуде радиуса r. Пусть время одного удара равно

– скорость молекулы. Тогда число ударов в 1 с равно

. Общее число ударов (в случае, если в сосуде N молекул) в 1с будет равно

Т.к. скорости молекул различны, то мы должны в качестве модуля скорости выбрать средний модуль

. Тогда выражение для числа ударов в единицу времени на единицу поверхности будет равно:

– средний модуль скорости. Суммарный импульс всех молекул в единицу времени на единицу площади дает нам значение давления газа в сосуде. Он будет равен импульсу одной молекулы, помноженному на число ударов в единицу времени:

Мы предполагали массу всех молекул одинаковой, поэтому ее можно внести под знак среднего и представить выражение (9) в виде:

– средняя энергия поступательного движения молекулы. Произведение n

дает суммарную энергию поступательного движения n молекул. Т.о. давление равно 2/3 энергии поступательного движения молекул, содержащихся в единице объема газа.

Давление газа — что это за параметр

Давление в физике представляет собой один из трех ключевых термодинамических макроскопических характеристик для измерения любой газовой системы.

Газ — это одно из четырех, включая плазму, агрегатных состояний материи, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами, а также их большой подвижностью.

В газообразной среде частицы в определенной концентрации расположены не упорядоченно и перемещаются в хаотичном порядке в разных направлениях с одинаковой вероятностью. Подобное строение не позволяет газам сохранять стабильность объема и формы даже при малом внешнем силовом воздействии. Для любого газа, включая одноатомный, значение средней кинетической энергии его частиц в виде атомов и молекул будет превышать энергию межмолекулярного взаимодействия между ними.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Кроме того, расстояние, на которое удалены частицы, значительно превышает их собственные размеры. В том случае, когда молекулярными взаимодействиями и габаритами частиц допускается пренебрегать, газ считают идеальным. Для такой формы материи характерен только один тип внутреннего взаимодействия в виде упругих столкновений. Так как размер частиц пренебрежимо мал по сравнению с расстоянием, на которое они удалены, вероятность столкновений частиц между собой будет низкой.

По этой причине в идеальной газовой среде можно наблюдать лишь столкновения частиц со стенками сосуда. Какой-либо реальный газ с хорошей точностью можно отнести к идеальному, когда их температура выше, чем комнатная, а давление несущественно больше, чем атмосферное.

Второй способ записи основного уравнения МКТ

В середине 30-х годов XIX столетия французскому инженеру Эмилю Клапейрону удалось обобщить накопленный до этого времени экспериментальный опыт изучения поведения газов во время разнообразных изопроцессов и получить формулу, которую в будущем назвали универсальным уравнением состояния идеального газа:

(P*V = n*R*T )

n является количеством вещества в молях; T представляет собой температуру по абсолютной шкале и обозначается в кельвинах.

Величина R является универсальной газовой постоянной. Этот термин был введен в уравнение русским химиком Д.И. Менделеевым. Исходя из этого, запись уравнения называют законом Клапейрона-Менделеева.

С помощью данного выражения можно определить формулу для расчета давления газа:

Полученное уравнение объясняет линейный рост давления при увеличении температуры в условиях стабильности объема. Если объем уменьшается с сохранением температуры, то давление увеличивается по гиперболе. Данные закономерности явления отражены в законах Гей-Люссака и Бойля-Мариотта.

Сравнивая представленное выражение с записью формулы, которая вытекает из положений молекулярно-кинетической теории, можно установить связь кинетической энергии одной частицы, либо системы в общем, и абсолютной температуры.

Важно отметить, что при расчетах с использованием формулы для Р, вытекающей из уравнения Клапейрона, связь с химическим составом газа отсутствует. Если давление определяют с помощью выражения, согласно понятию молекулярно-кинетической теории, то данную связь следует учитывать в виде параметра m. В том случае, когда определяют давление смеси идеальных газов, применяют один из следующих методов:

Предположим, что молекулы кислорода движутся со средней скоростью в 500 м/с. Требуется рассчитать, каково давление в сосуде, объем которого равен 10 литров, содержащий 2 моль молекул.

Для того чтобы найти ответ, следует применить формулу для Р из молекулярно-кинетической теории:

Из-за неизвестных параметров m и N требуется выполнить некоторые преобразования формулы:

Таким образом, удельный объем сосуда в кубических метрах равен 0,01. Молярная масса молекулы кислорода М составляет 0,032 кг/моль. Данные параметры можно подставить в уравнение вместе со скоростью и количеством вещества. Тогда Р = 533333 Па, что представляет собой давление в 5,3 атмосферы.

Стенки сосуда, в котором заключен газ,
испытывают непрерывные соударения со
стороны молекул газа. В результате этих
ударов на стенку действует сила,
обусловливающая давление газа. Это
давление можно легко рассчитать, сделав
предположение, что все молекулы имеют
среднюю скорость движения. Для расчета
необходимо определить силу, с которой
действует на стенку одна молекула при
ударе и затем умножить на число молекул,
ударяющихся о единичную площадку в
единицу времени. Поскольку удар молекул
о стенку абсолютно упругий, он происходит
по закону зеркального отражения, рис.
1. Скорость молекулы при ударе по
абсолютной величине не изменяется, а
проекция Vхменяется
на противоположную. Согласно второму
закону Ньютона сила,cкоторой одна молекула будет действовать
на стенку

сосуда будет равна изменению импульса
частицы:

f1х
= m(dVx/dt)
= 2mVx/dt
. (5)

За время dtо площадку
площадьюSударятся
молекулы из объемаdv=Sdl=SVхdt.
Если концентрация молекул газа равнаn, то число таких молекул
будет

dN= (1/2)ndv= (1/2)nSVxdt. (6)

Множитель (1/2) поставлен постольку,
поскольку в сторону стенки (в силу равно
вероятности всех направлений) летит
половина всех молекул.

Для определения давления газа на стеку
осталось посчитать суммарную силу,
действующую на площадку S,
то есть умножить силуf1х(5) на число ударовdN(6) и
поделить эту силу на площадьS.
При этом надо предположить, что все
молекулы имеют некоторую среднюю
скоростьVх ср:

Поскольку все направления движения
равновероятны, можно считать, что:

Учитывая (8) и то, что

V2 ср=Vx2
ср+Vу2
ср+Vz2
ср= 3Vx2
ср(9)

выражение для давления (7) можно переписать:

р = nmVx2
ср=(nmV2
ср)/3. (10)

Или, учитывая, что (mV2
ср)2 = Ек ср– средняя кинетическая
энергия молекулы

р = (nmV2 ср)/3 =
(2/3)nЕк ср. (11)

Уравнения (10), (11) связывают макроскопический
параметр – давление с микроскопическими:
массой молекулы, концентрацией молекул
и их средним квадратом скорости
(концентрацией молекул и их средней
кинетической энергией). Уравнение носит
название основного уравнения
молекулярно-кинетической теории газа.

Сопоставляя (11) и уравнение состояния
идеального газа в виде
p=nkTможно заключить, что

Ек ср= (3/2)kT. (12)

Считая, что молекула имеет три степени
свободы поступательного движения (х, у
и z), исходя из (12) говорят,
что на каждую степень свободы
поступательного движения молекулы
приходится средняя кинетическая энергия,
пропорциональная термодинамической
температуре

Ек ср= (1/2)kT, (13)

где коэффициентом пропорциональности
является постоянная Больцмана – k

Соотношение (12) всегда справедливо для
одноатомных молекул. Если молекула
состоит из двух или более атомов, свой
вклад в среднюю энергию могут давать
вращательные (поkT/2)
иколебательные(поkT)
степени свободы и в общем случае
справедливо уравнение:

Ек ср= (i/2)kT, (12)

где i– общее число степеней
свободы молекулы. Однако свой вклад
вращательные и колебательные степени
свободы дают только при высоких
температурах.

Соседние файлы в папке Физика Биологи

Это уравнение устанавливает взаимосвязь между давлением газа (термодинамическим параметром) и средней кинетической энергией теплового движения его молекул (механической характеристикой системы). С точки зрения молекулярно-кинетической теории, давление газа на стенку сосуда является результатом многочисленных ударов молекул газа о стенку. При огромном числе молекул, находящихся в сосуде, одновременно будет производиться огромное количество ударов о стенки. Поэтому достаточно малые и очень быстро меняющиеся силы, порождаемые отдельными ударами, будут складываться практически в постоянную силу, давления, действующую на каждую единицу площади стенок сосуда.

Найдем давление идеального газа на стенку сосуда. Сила, с которой газ действует на стенку, определяется упругими столкновениями молекул со стенкой и, в соответствии со вторым основным законом динамики, равна импульсу, передаваемому стенке всеми молекулами за единицу времени, а давление газа найдется как отношение этой силы к площади стенки. При этом будем считать, что идеальный газ – это система, состоящая из исчезающе малых по размерам твердых шариков конечной массы, хаотически движущихся во всем доступном им объеме, не взаимодействующих на расстоянии и сталкивающихся между собой и со стенками сосуда по законам соударения упругих шаров.

Выделим на поверхности сосуда, в который газ заключен, малую площадку S. Вследствие малости ее можно считать плоской. Введем декартову систему координат, направив ось X перпендикулярно выделенной площадке, как показано на рис. 2.2. С площадкой S могут столкнуться только те молекулы, которые летят в ее направлении, т.е. у которых x -компонента скорости

Предположим сначала, что все подлетающие к площадке молекулы имеют одно и то же значение этой x -компоненты. При упругом ударе молекулы о площадку знак этой скорости, а значит, и импульса меняются на противоположный, не изменяя своей величины. Изменение импульса одной молекулы при столкновении с площадкой составит

– масса молекулы. Импульс, переданный площадке этой молекулой, в соответствии с законом сохранения импульса, будет

до площадки долетят и столкнутся с ней только те молекулы, которые в начальный момент находились от площадки на расстоянии, не большем vx Δ t, и занимали объем

слоя пространства, примыкающего к площадке. Число ударов молекул о площадку за время

будет равно числу молекул, находящихся внутри этого слоя, т.е.

Предположение, что все молекулы газа имеют скорости с одной и той же компонентой vx, конечно, не верно. Скорости vx у всех молекул разные и каждая молекула, ударяясь о площадку, вносит свой вклад. Учтем, однако, что нам требуется оценить только коллективный эффект, возникающий от столкновения с площадкой большого числа молекул. Этот эффект описывается средним значением полученного выше выражения. Именно средний импульс определяет силу давления молекул на стенку сосуда. Усредняя это выражение по всем

, примем во внимание, что не все молекулы с одним и тем же значением

для всех vx. Таким образом, оказывается, что за время

площадка S со стороны газа получит импульс, в среднем равный

Разделив этот импульс на промежуток времени

Вследствие беспорядочности движения молекул средние значения квадратов компонент вектора скорости будут одинаковы. А так как

то для средних значений всех квадратов компонент скорости будем иметь

С учетом этого находим

Отсюда видно, что давление идеального газа определяется только концентрацией молекул, их массой и средним значением квадрата скорости молекулы.

Правую часть этой формулы можно записать в виде

– среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекулы. Учитывая это, получим

Это и есть основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Основным его называют потому, что это первое соотношение, которое было получено на основе представления о газе как о совокупности быстро и хаотически движущихся частиц. Его называют также уравнением Клаузиуса.

Давление газа обозначается буквой р, измеряемся в Паскалях (Ньютон делить на метр в квадрате). Давление газа обусловлено ударами молекул о стенки сосуда. Чем чаше удары, чем они сильнее – тем выше давление.

Идеальный газ – это модель в физике. За идеальный газ принимают газ в сосуде, когда молекула, пролетая от стенки до стенки сосуда не испытывает столкновения с другими молекулами.

Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) газовой системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).

– концентрация, 1/моль;

– масса молекулы, кг;

– средняя квадратичная скорость молекул, м/с;

Уравнение состояния идеального газа — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:

. Такое уравнение носит название уравнение Клайперона-Менделеева.

Последнее уравнение называют объединённым газовым законом. Из него получаются законы Бойля — Мариотта, Шарля и Гей-Люссака. Эти законы называют законами для изопроцессов:

Изопроцессы – это процессы, которые совершаются при одинаковом параметре или Т-температуре, или V-объеме, или р-давлении.

Изотермический процесс –

Изобарный процесс –

Изохорный процесс –

— закон Шарля (при постоянном объеме для данной массы газа отношение давления к температуре есть величина постоянная)

10/2. Проверка зависимости периода колебания нитяного маятника от длины нити (и независимости периода от массы груза)

В вашем распоряжении имеются штатив, к лапке которого привязана нить длиной 100 см с грузом массой 0,1 кг, набор грузов массой по 0,1 кг, секундомер.

Измерьте период колебаний груза при начальном отклонении его от положения равновесия на 5 см. Подвесьте к нити еще один груз массой 0,1кг и снова измерьте период колебаний. Подтверждают ли результаты опытов предположение о том, что период также увеличился в два раза?

Измерьте период колебаний маятника с одним грузом и нитью длиной 100 см при начальном отклонении его от положения равновесия на 5 см. Уменьшите длину нити до 25 см и снова измерьте период колебаний маятника. Подтверждают ли результаты опытов предположение о том, что при уменьшении длины нити в 4 раза период колебаний уменьшается в 2 раза?

БИЛЕТ-11 11 Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха.

Испарение — парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинетической энергии молекул при тепловом движении приводит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости движения его молекул, следовательно, испарение сопровождается охлаждением жидкости. Скорость испарения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жидкости. Конденсация — процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.

Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещества в газообразном состоянии достигнет такого значения, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, покидающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации вещества. Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, покинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, находящийся при давлении ниже насыщенного, называют ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с поверхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосферное давление представляет собой сумму давления сухого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отличие от ненасыщенного не подчиняется законам идеального газа. Так, давление насыщенного пара не зависит от объема, но зависит от температуры. Эта зависимость не может быть выражена простой формулой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от температуры составлены таблицы, по которым можно определить его давление при различных температурах.

Давление водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, называют абсолютной влажностью, или упругостью водяного пара. Поскольку давление пара пропорционально концентрации молекул, можно определить абсолютную влажность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в килограммах на метр кубический (р).

Большинство явлений, наблюдаемых в природе, например быстрота испарения, высыхание различных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, насколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром. При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокращается, что ведет к перегреванию организма. Наиболее благоприятной для человека в средних климатических широтах является относительная влажность 40—60%. Относительной влажностью называют отношение плотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, т. е.

11/2. Экспериментальное задание по теме «Электромагнитная индукция»:

наблюдение явления электромагнитной индукции.

В вашем распоряжении имеется оборудование для исследования явления электромагнитной индукции: магнит, проволочная катушка, миллиамперметр.

Подключите миллиамперметр к катушке, исследуйте возможные способы получения индукционного тока в катушке. Сделайте вывод об условиях, при которых возникает электрический ток.

11. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Адиабатный процесс. Второй закон термодинамики.

Как известно, особенность сил трения состоит в том, что работа, совершенная против сил трения, не увеличивает ни кинетическую, ни потенциальную энергию. Однако, работа против сил трения не проходит бесследно. Например, движение тела при наличии сопротивления воздуха приводит к увеличению температуры тела. Это увеличение иногда может быть очень велико – метеориты, влетающие в атмосферу, сгорают в ней именно благодаря нагреванию, вызванному сопротивлением воздуха. Также при движении с наличием сил трения может происходить изменение состояния тела – плавление и др.

Итак, если движение происходит при наличии сил трения, то, во-первых, происходит уменьшение суммы кинетической и потенциальной энергии всех тел, участвующих в процессе, во-вторых, происходит изменение состояния трущихся тел (нагревание, изменение агрегатного состояния и т.д.).

Такие изменения состояния тел сопровождаются изменением запаса их энергии. Энергию, зависящую от состояния тела, в частности, от его температуры, называют внутренней энергией.

Внутренняя энергия тела может изменяться при совершении работы тела или над телом, а также при передаче теплоты от одного тела к другому. Внутренняя энергия измеряется в тех же единицах, что и механическая.

Если рассматривать все тела, участвующие в процессе, и учитывать изменение и механической и внутренней энергии всех тел, то в итоге получим, что полная энергия – величина постоянная. Это закон сохранения полной энергии. В термодинамике он носит название первого начала и формулируется следующим образом: теплота, сообщенная газу, идет на изменение его внутренней энергии и на работу, совершаемую газом против внешних сил:

Процесс, при котором передача теплоты настолько ничтожна, что ей можно пренебречь, называется адиабатическим.

Передача теплоты – процесс, при котором внутренняя энергия одного тела увеличивается, а другого, соответственно, уменьшается. Для характеристики этого процесса вводится понятие количества теплоты – это изменение внутренней энергии тела, происходящее при теплопередаче. При таком процессе Q=0, A=-DU, т.е. работа совершается газом за счет за счет изменения внутренней энергии.

Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами. Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что невозможно всю внутреннюю энергию системы превратить в полезную работу. Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа.

Средняя
кинетическая энергия поступательного
движения молекулы идеального газа

Распределение Больцмана. Барометрическая формула.

Барометрическая
формула.
Если
температура не зависит от высоты, то
давление газа меняется с высотой по
закону:

—
молярная газовая постоянная,

—
ускорение свободного падения вблизи
поверхности земли,

—
молярная масса газа,

—
масса одной молекулы,

Поделив
барометрическую формулу на

,
с учетом уравнения состояния идеального
газа, получим распределение Больцмана
— зависимость концентрации молекул от
потенциальной энергии:

—
потенциальная энергия молекулы. В
однородном поле силы тяжести

Exp, как я поняла, это «экспериментальное»???????????????

Формула давления идеального газа из молекулярно-кинетической теории

Объяснение концепции идеального газа построено на основных положениях молекулярно-кинетической теории, которая вытекает из принципов статистической механики. Наука получила активное развитие во второй половине XIX, благодаря таким ученым, как Джеймс Максвелл и Людвиг Больцман. Основы дисциплины были заложены еще Бернулли в первой половине XVIII века.

Исходя из статистики Максвелла-Больцмана, все частицы в системе обладают разными скоростями движения. При этом можно наблюдать небольшой процент частиц со скоростями, приближенными к нулю, и малую долю частиц, обладающих огромной скоростью. Средняя квадратичная скорость в этом случае будет соответствовать некоторой величине, не изменяющейся с течением времени.

Средняя квадратичная скорость частиц однозначно характеризует температуру газа. Используя приближения молекулярно-кинетической теории в виде невзаимодействующих безразмерных и хаотично движущихся частиц, получают формулу для расчета давления газа в сосуде:

где N является количеством частиц в системе; V обозначает объем; v представляет собой среднюю квадратичную скорость; m является массой одной частицы.

При наличии указанных в формуле параметров, выраженных в единицах СИ, можно вычислить давление газа в сосуде.

Распределение Максвелла. Виды скоростей молекул и их физический смысл.

Молекулы
газа вследствие теплового движения
испытывают многочисленные соударения
друг с другом. При каждом соударении
скорости молекул изменяются как по
величине, так и по направлению. В
результате в сосуде, содержащем большое
число молекул, устанавливается некоторое
статистическое распределение молекул
по скоростям, зависящее от абсолютной
температуры Т. При этом все направления
векторов скоростей молекул оказываются
равноправными (равновероятными), а
величины скоростей подчиняются
определенной закономерности. Распределение
молекул газа по величине скоростей
называется распределением Максвелла.

Если
одновременно измерить скорости большого
числа N молекул газа и выделить некоторый
малый интервал скоростей от v до v+

v,
то в выделенный интервал

v
попадает некоторое число

N
молекул. На графике удобно изображать
зависимость величины

от
скорости v. При достаточно большом числе
N эта зависимость изображается плавной
кривой, имеющей максимум при

(наиболее
вероятная скорость). Здесь m – масса
молекулы,

Характерным
параметром распределения Максвелла
является так называемая среднеквадратичная
скорость

Из выражения
для среднеквадратичной скорости следует,
что средняя кинетическая энергия
поступательного движения молекул газа
есть

Распределение
Максвелла является одной из важнейших
статистических закономерностей
молекулярной физики.

Скорости
молекул подразделяются на:

Причина возникновения давления в газах

Давление газа нельзя объяснить теми же причинами, что и давление твердого тела на опору. Расстояние, на которое удалены молекулы газообразной среды, существенно больше. В результате хаотичного движения они сталкиваются между собой и со стенками сосуда, который они занимают. Давление газа на стенки сосуда и вызвано ударами его молекул.

Данный параметр увеличивается по мере того, как нарастает сила ударов молекул о стенки. Газ характеризуется одинаковым давлением во всех направлениях, которое является следствием хаотичного движения огромного числа молекул.

Важно отметить, что газ оказывает давление на дно и стенки сосуда, объем которого он занимает, во всех направления равномерно. В связи с этим, воздушный шарик сохраняет форму, несмотря на то, что его оболочка достаточно эластична.

Перед тем как транспортировать или отправить на хранение газообразные вещества, их сильно сжимают. В этом случае давление газа увеличивается. Его помещают в специальные баллоны из стали высокой прочности. Такие емкости необходимы для хранения сжатого воздуха на подводных лодках и кислорода, предназначенного для сварки металлов.

Свойства давления газа:

Запись формул для определения давления газа начинают с выяснения причин, по которым оно возникает в рассматриваемой системе. Исходя из физического смысла, давление представляет собой величину, равную отношению силы, перпендикулярно воздействующей на некоторое основание, к площади этого основания:

Как было отмечено ранее, для идеальной газовой системы характерен лишь один тип взаимодействия — это абсолютно упругие столкновения. В процессе частицы передают количество движения Δp стенкам сосуда в течение времени соударения Δt. В данном случае применим второй закон Ньютона:

(F*Δt = Δp)

Таким образом, конкретно сила F является причиной формирования давления на стенки сосуда. Данная величина F, производимая одной частицей, незначительна. Однако, когда количество частиц огромно, они в совокупности создают ощутимый эффект, проявляемый в виде наличия давления в сосуде.