Всем физический привет!
Мы с вами уже познакомились с понятием "давление". Это скалярная величина, характеризующая действие силы на определенную площадь. И вернее сказать, мы познакомились с давлением в твердых тел на твердые тела.
Теперь мы рассмотрим другой случай - давление газов. Всё, что мы знаем про газы, так это то, что они не сохраняют ни формы, ни объема, а молекулы движутся очень быстро и расстояние между ними очень большое. Именно последними свойствами газов мы и будем пользоваться в ближайшее время.
Газ
Мы можем довольно просто перемещать частицы газов. Например, мы можем подуть, и молекулы воздуха переместятся в ту же сторону, куда происходит дуновение. Тогда возникает встречный вопрос - а если газ будет помещен в сосуд, и не будет сил, которые могут перемещать частицы? То есть у молекул будут границы перемещения.
Итак, рассмотрим газ в сосуде.
Частицы газа взаимодействуют со стенками сосуда и друг с другом. Каждая из частиц действует на сосуд со своей силой, оказывает давление на стенку.
Запишем: давление газа на стенки сосуда или на тело, помещенное в газ, создается за счет ударов молекул, из которых состоит газ.
Стоит отметить, что давление передается одинаково во все стороны - это подтверждает опыт уже со сферическим сосудом, например, резиновым мячом. Мяч потому и круглый - действие молекул распределено по всему объему равномерно.
Рассмотрим и другой опыт. Возьмем слабо надутый (или вообще не надутый) воздушный шарик и поместим его под колпак. Подсоединим к нему насос, который будет выкачивать воздух. Запускаем установку: молекул воздуха под колпаком становится меньше, следовательно, ударов о стенку шарика извне становится меньше. Таким образом, шарик начинает раздуваться:
Вывод: чем больше ударов, тем больше давление.
От чего зависит давление газа?
Условие, которое является для нас принципиально важным: масса газа остается неизменной (m=const).
1. От объема газа
Возьмем стеклянную трубку, закрытую с одной стороны тонкой резиновой пленкой, а с другой - поршнем. В трубке некоторое количество воздуха (или иного газа). Двигая поршень вверх, мы уменьшаем объем. Мембрана на другом конце начинает раздуваться. Расстояние между молекулами становится меньше, значит, скорость молекул становится больше - столкновений между молекулами больше и больше ударов о стенки сосуда. Мы знаем, что каждый удар действует на стенку с некоторой силой, которая оказывает давление. Больше ударов - больше давление.
Теперь сотворим обратное действие. Будем тянуть поршень вниз - объем воздуха будет расти. Мембрана втягивается внутрь сосуда. Расстояние между молекулами увеличится и, следовательно, скорость уменьшится. Количество ударов о стенки также уменьшится, а, значит, и давление уменьшится.
2. От температуры
Теперь зафиксируем объем (V=const).
Рассмотрим два сосуда одинакового объема: один поместим в среду с низкой температурой, а другой - с высокой температурой.
Количество молекул в сосудах одинаковое. Если мы понизим температуру, молекулы станут двигаться медленнее и, как следствие, меньше сталкиваться как друг с другом, так и со стенками сосуда. Таким образом, можно с уверенностью заключить, что при уменьшении температуры уменьшается давление:
Если мы увеличим температуру в сосуде, молекулы станут двигаться быстрее, сталкиваться больше (как друг с другом, так и со стенками сосуда). Больше ударений, больше давление:
Кроме того давление напрямую зависит от силы удара. А сила, в свою очередь, от скорости: при увеличении скорости увеличивается сила давления каждой из молекул и наоборот (при уменьшении скорости молекулы, уменьшается сила). Это является второй причиной изменения давления газа внутри сосуда.
Что ж, теперь прояснилось еще одно явление: давление газа. Но этого пока маловато для того, чтобы судить о газе в полную меру. Впереди - законы и формулы.
Если остались вопросы, вы помните, что можно воспользоваться строкой комментариев. Спасибо!