как объясняют давление газа на основе учения о движении молекул давление
1. Какие свойства газов отличают их от твёрдых тел и жидкостей?
Газы занимают весь предоставленный им объем и принимают форму сосуда, в котором они находятся.
2. Как объясняют давление газа на основе учения о движении молекул?
Давление газа на стенки сосуда (и на помешенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа.
3. Как можно на опыте показать, что газ производит давление на стенки сосуда, в котором он находится?
Для доказательства этого свойства рассмотрим опыт. Под колокол воздушного насоса поместим завязанный резиновый шарик, который содержит небольшое количество воздуха. Потом откачаем воздух из под колокола, тем самым уменьшим число молекул, которые ударяются о внешнюю оболочку шарика. При таком условии мы увидим, что шарик начинает надуваться, ведь число молекул воздуха, которые ударяются о внутренние стенки шарика, нс изменилось. Этот опыт показывает, что газ производит давление на стенки сосуда, в котором он находится.
4. Из чего можно заключить, что газ производит одинаковое давление по всем направлениям?
Обратившись вновь к нашему опыту, мы увидим, что шарик надувается, и принимает сферическую форму. Именно это показывает, что газ производит одинаковое давление по всем направлениям.
5. Почему давление газа увеличивается при сжатии и уменьшается при расширении?
Если изменить объем газа в котором он находится, но при этом концентрацию молекул и температуру оставить неизменной, то давление несомненно изменится. При уменьшении объема газа его давление увеличится, так как число ударов о стенки сосуда возрастет. А если, наоборот, увеличить объем, то давление соответственно уменьшится.
6. Почему сжатые газы содержат в специальных баллонах?
Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. Поэтому давление производимое ими на стенки сосуда, в который их заключают, очень велико. Из-за такого большого давления газы содержат в специальных баллонах, которые способны его выдержать.
Ответы на вопросы к §37
Физика А.В. Перышкин
1. Какие свойства газов отличают их от твёрдых тел и жидкостей?
2. Как объясняют давление газа на основе учения о движении молекул?
3. Как можно на опыте показать, что газ производит давление на стенки сосуда, в котором он находится?
4. Из чего можно заключить, что газ производит одинаковое давление по всем направлениям?
5. Почему давление газа увеличивается при сжатии и уменьшается при расширении?
6. Почему сжатые газы содержат в специальных баллонах?
1. Газы занимают весь предоставленный им объем и принимают форму сосуда, в котором они находятся.
2. Молекулы газа, постоянно двигаясь, ударяют по стенкам сосуда, в котором находится газ.
3. Под колокол воздушного насоса поместить наполовину сдутый воздушный шарик. Откачивая воздух из-под колокола, можно заметить, что шарик увеличивается в размере. Это происходит за счет разности давлений внутри шарика и под колоколом.
4. Оболочка воздушного шарика при надувании принимает сферическую форму, что свидетельствует о том, что газ производит одинаковое давление по всем направлениям.
5. При сжатии концентрация молекул в единице объема газа увеличивается, они чаще соударяются. При расширении все происходит наоборот.
6. Сжатые газы следует держать в прочных баллонах, т.к. они оказывают очень большое давление на стенки сосудов, в которых находятся. При таких давлениях хрупкие емкости разрушаются.
§ 37. Давление газа
Мы уже знаем, что газы, в отличие от твёрдых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором они находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч. 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 (рис. 95). Молекул в газе много, потому и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см 2 за 1 с выражается двадцатитрёхзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, оно и создаёт давление газа.
Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещённое в газ тело) вызывается ударами молекул газа.
Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса помещают завязанный резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха (рис. 96, а) и имеет неправильную форму. Затем насосом откачивают воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится всё более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму шара (рис. 96, б).
Как объяснить этот опыт?
В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри завязанного шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что газ давит на её стенки по всем направлениям одинаково. Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.
Попытаемся уменьшить объём газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки сосуда возрастёт, т. е. возрастёт давление газа. Это можно подтвердить опытом.
На рисунке 97, а изображена стеклянная трубка, один конец которой закрыт тонкой резиновой плёнкой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании поршня объём воздуха в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается (рис. 97, б). Резиновая плёнка при этом выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в трубке увеличилось.
Наоборот, при увеличении объёма этой же массы газа число молекул в каждом кубическом сантиметре уменьшится. От этого уменьшится число ударов о стенки сосуда — давление газа станет меньше. Действительно, при вытягивании поршня из трубки объём воздуха увеличивается, плёнка прогибается внутрь сосуда (рис. 97, в). Это указывает на уменьшение давления воздуха в трубке. Такие же явления наблюдались бы, если бы вместо воздуха в трубке находился любой другой газ.
Итак, при уменьшении объёма газа его давление увеличивается, а при увеличении объёма давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.
Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа и объём не изменяются.
Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.
Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. При этом давление их возрастает, газы приходится заключать в специальные, очень прочные стальные баллоны (рис. 98). В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, кислород, используемый при сварке металлов.
Вопросы
1. Какие свойства газов отличают их от твёрдых тел и жидкостей?
2. Как объясняют давление газа на основе учения о движении молекул?
3. Как можно на опыте показать, что газ производит давление на стенки сосуда, в котором он находится?
4. Из чего можно заключить, что газ производит одинаковое давление по всем направлениям?
5. Почему давление газа увеличивается при сжатии и уменьшается при расширении?
6. Почему сжатые газы содержат в специальных баллонах?
Задание
Надуйте воздушный шарик и крепко его завяжите. Положите в любую ёмкость. Вначале облейте его водой, охлаждённой в морозильной камере (до 5°С), затем горячей водой (70°С). Дайте объяснение наблюдаемому явлению.
Как объясняют давление газа на основе учения о движении молекул?
Давление газа и жидкости на стенки сосудов вызывается ударами молекул газа или жидкости.
От чего зависит давление в жидкости и газе?
Давление зависит от рода жидкости или газа; от их температуры. При нагревании молекулы движутся быстрее и сильнее ударяют о стенку сосуда.
От чего же еще зависит давление внутри них?
Почему исследователи океанских и морских глубин не могут опускаться на дно без специальных аппаратов: батискафов, батисфер?
Демонстрируется стакан с водой. На жидкость действует сила тяжести. Каждый слой своим весом создает давление на другие слои.
Чтобы ответить на вопрос: от чего еще зависит давление в жидкости или газе, определим опытным путем.
(Учащихся делятся на 4 группы, опытным путем проверяющие следующие ответы на вопросы):
1. одинаково ли давление жидкости на одном и том же уровне снизу вверх и сверху вниз?
2. существует ли давление на боковую стенку сосуда?
3. зависит ли давление жидкости от её плотности?
4. зависит ли давление жидкости от высоты столба жидкости?
Задание 1-й группе
Одинаково ли давление жидкости на одном и том же уровне снизу вверх и сверху вниз?
Налейте в пробирку подкрашенную воду. Почему пленка прогнулась?
Опускайте пробирку в сосуд с водой.
Следите за поведением резиновой пленки.
Когда пленка выпрямилась?
Сделайте вывод: существует ли давление внутри жидкости, одинаково ли давление жидкости на одном и том же уровне сверху вниз и снизу вверх? Запишите его.
Задание 2-й группе
Существует ли давление на боковую стенку сосуда и одинаково ли оно на одном и том же уровне?
Заполните бутылку водой.
Одновременно откройте отверстия.
Проследите за тем, как вытекает вода из отверстий.
Сделайте вывод: существует ли давление на боковую стенку, одинаково ли оно на одном и том же уровне?
Задание 3-й группе
Зависит ли давление жидкости от высоты столба (глубины)?
Заполните бутылку водой.
Одновременно откройте все отверстия в бутылке.
Проследите за струйками вытекающей воды.
Почему вытекает вода?
Сделайте вывод: зависит ли давление в жидкости от глубины?
Задание 4-й группе
Зависит ли давление от плотности жидкости?
Налейте в одну пробирку воду, а в другую – масло подсолнечное, в равном количестве.
Одинаково ли прогибаются пленки?
Сделайте вывод: почему прогибаются пленки; зависит ли давление жидкости от её плотности?
Вылейте воду и масло в стаканы.
Выводы.
1. Внутри жидкости существует давление.
2. На одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям.
3. Чем больше плотность жидкости, тем больше её давление.
4. С глубиной давление увеличивается.
5. Давление увеличивается с ростом температуры.
Подтвердим сделанные вами выводы еще несколькими опытами.
Опыт 1.
Опыт 2. Если жидкость находится в покое и в равновесии, будет ли давление во всех точках внутри жидкости одинаковым? Внутри жидкости давление не должно быть одинаковым на разных уровнях. Вверху – наименьшее, В середине- среднее, у дна – наибольшее.
Давление жидкости зависит только от плотности и высоты столба жидкости.
Давление в жидкости рассчитывается по формуле:
p=gρh,
гдеg= 9,8 Н/кг (м/с 2 )—ускорение свободного падения; ρ- плотность жидкости; h—высота столба жидкости (глубина погружения).
Итак, для нахождения давления необходимо умножить плотность жидкости на величину ускорения свободного падения и высоту столба жидкости.
В газахплотность во много раз меньше плотности жидкостей. Поэтому вес газов, в сосуде мал и его весовое давление, можно не учитывать. Но если речь идет о больших массах и объемах газов, например, в атмосфере, то зависимость давления от высоты становится ощутимой.
Закон Паскаля.
Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного войти в сосуд и сжать газ, находящийся непосредственно под ним. Что произойдет с частицами газа?
Добавочное давление передалось всем частицам газа. Если увеличиться давление газа около самого поршня на 1 Па, то во всех точках внутри газа увеличится настолько же.
Эксперимент: полый шар, имеющий узкие отверстия, присоединим к трубке с поршнем. Наберем воды в шар и вдвинем в трубку поршень. Что наблюдаете? Вода польется из всех отверстий равномерно.
Если на газ или жидкость надавить, то увеличение давления «почувствуется» в каждой точке жидкости или газа, т.е. давление, производимое на газ, передается в любую точку одинаково по всем направлениям.Это утверждение называют законом Паскаля.
Закон Паскаля: жидкости и газы передают оказываемое на них давление по всем направлениям одинаково.
Закон этот был открыт в 17 веке французским физиком и математиком Блезом Паскалем (1623-1662), который открыл и исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов. Опытами подтвердил существование атмосферного давления, открытого итальянским учёным Торричелли.
Действие закона Паскаля в жизни:
= в шарообразной форме мыльных пузырей (давление воздуха внутри пузыря передается во всем направлениям без изменения);
= при ударе футболиста по мячу;
= в автомобильной шине (при накачке увеличение давления заметно во всей шине);
Итак, мы с вами рассмотрели передачу давления жидкостями и газами. Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку одинаково по всем направлениям.