Давление газа

Из курса физики 7 класса известно, что газ — это состояние вещества, при котором молекулы имеют достаточную скорость и энергию, чтобы преодолевать силы взаимного притяжения и удаляться друг от друга, заполняя весь предоставленный объём. Важнейшей характеристикой газа является давление. Рассмотрим эту тему подробнее, приведём формулу давления газа.

Получается, что в любой точке газа соударения молекул создают некоторую силу, пропорциональную площади, причём отношение этих двух величин постоянно. Это и есть давление газа.

Давление газа

Рис. 1. Удары молекул о стенки сосуда.

Связь температуры и давления

Итак, давление газа создаётся хаотически движущимися молекулами в результате постоянных соударений. Следовательно, чем больше средняя скорость движения молекул, тем больше будет давление газа. А мера средней скорости молекул — это температура. Значит, если газ содержится в некотором постоянном объёме, то его давление будет пропорционально температуре. Данный закон был установлен в конце XVIII в. Ж. Шарлем и получил его имя.

Закон Шарля гласит, что отношение давления газа к его абсолютной температуре при неизменном объёме остаётся постоянным:

$${p\over T} = const$$

где:

  • $p$ — давление газа;
  • $T$ — абсолютная температура газа.

Закон Шарля — это один из газовых законов молекулярно-кинетической теории (МКТ), связывающих макроскопические газовые параметры: давление, температуру и объём. Закон Шарля описывает ситуацию, когда объём газа постоянен.

Давление газа

Рис. 2. Газовые законы.

Основное уравнение МКТ

Поскольку давление газа обуславливается хаотическим движением молекул, то его величина может быть определена, исходя из концентрации молекул, массы и средней скорости молекулы:

$$p={1\over 3}nm_0v_{ср}^2$$

где:

  • $p$ — давление газа;
  • $n$ — число молекул в единице объёма (концентрация);
  • $m_0$ — масса молекулы;
  • $ v_{ср}^2$ — среднеквадратичная скорость молекулы.

Данное соотношение называется основным уравнением МКТ. Оно связывает средние параметры одной молекулы с давлением газа. Температура в эту формулу не входит, однако она неявно присутствует в ней в виде среднеквадратичной скорости, которая пропорциональна температуре.

Давление газа

Рис. 3. Молекулярно-кинетическая теория.

Что мы узнали?

Давление газа обуславливается постоянными ударами молекул газа о стенки сосуда и между собой. Давление при постоянном объёме растёт при росте температуры. Величина давления может быть определена с помощью основного уравнения МКТ.