• admin
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 1 294
  • 6-09-2015, 22:25

Тиск можуть надавати не тільки тверді тіла, але й рідини і гази. На цьому уроці ви дізнаєтеся, як пояснити тиск газів, виходячи з того, що вони складаються з хаотично рухомих молекул.

Тема: Тиск твердих тіл, рідин і газів

Урок: Тиск газів

1. Особливості молекулярної будови газів

Перш ніж безпосередньо перейти до вивчення тиску газу, згадаємо, які особливості має розташування і рух молекул, з яких газ складається.

По-перше, молекули газу рухаються безладно, хаотично.

По-друге, відстані між молекулами досить великі в порівнянні з розмірами молекул.

По-третє, внаслідок великої відстані між молекулами, сили тяжіння між ними нехтує малі, а сили відштовхування стають помітними тільки при зіткненнях молекул. Зіткнення можуть відбуватися як між самими молекулами, так і між молекулами і стінками посудини (Рис. 1).

Рис. 1. Рух молекул газу в посудині

Якщо узяти повітряну кульку і трохи його надути, то він придбає округлу форму, рівномірно надуваючись з усіх боків (Рис. 2).

Рис. 2. Надута кулька має округлу форму

Така форма кульки пояснюється тим, що молекули газу чинять тиск не так, як молекули твердих тел. Адже молекули газу рухаються хаотично. Тому молекули повітря, яким наповнений кулька, ударяється об внутрішні стінки оболонки кульки однаково в усіх напрямках. А значить, і тиск повітря не зосереджується на певних ділянках оболонки, а рівномірно розподіляється по всій її поверхні.

Отже, тиск газу пояснюється ударами його молекул об стінки посудини, в якій знаходиться газ.

2. Залежність тиску газу від об'єму

Переконаємося в тому, що молекули газу дійсно розташовані досить далеко один від одного, і тому гази добре сжимаемы.

Візьмемо шприц і розташуємо його поршень приблизно посередині циліндра. Отвір шприца з'єднаємо з трубкою, другий кінець якої наглухо закритий. Таким чином, певна порція повітря буде укладена в циліндрі під поршнем шприца і в трубці (Мал. 3).

Рис. 3. У циліндрі під поршнем укладена деяка кількість повітря

Тепер поставимо на рухомий поршень шприца вантаж. Легко помітити, що поршень трохи опуститься. Це означає, що об'єм повітря зменшився (Рис. 4). Іншими словами, гази (в нашому випадку повітря) легко стискуються. Таким чином, між молекулами газу є досить великі проміжки.

Рис. 4. Поміщення вантажу на поршень викликає зменшення об'єму газу

З іншого боку, після установки вантажу поршень, трохи опустившись, зупиняється в новому положенні рівноваги. Це означає, що сила тиску повітря на поршень (направлена вверх) збільшується і знову врівноважує зрослий вага поршня з вантажем (спрямований вниз). А оскільки площа поршня при цьому залишається незмінною, ми приходимо до важливого висновку.

При зменшенні об'єму газу його тиск збільшується.

Будемо пам'ятати при цьому, що маса газу і його температура в ході досвіду залишалися незмінними.

Пояснити залежність тиску від об'єму можна наступним чином. При збільшенні обсягу газу відстань між його молекулами збільшується. Кожній молекулі тепер потрібно пройти більшу відстань від одного удару зі стінкою посудини до іншої. Середня швидкість руху молекул залишається незмінною (якщо температура газу не змінюється). Отже, молекули газу рідше вдаряються об стінки судини, а це призводить до зменшення тиску газу. І, навпаки, при зменшенні об'єму газу його молекули частіше вдаряються об стінки судини, і тиск газу збільшується (Рис. 5).

Рис. 5. При зменшенні об'єму газу відстань між його молекулами зменшується

3. Залежність тиску газу від температури

У попередніх дослідах температура газу залишалася незмінною, і ми вивчали зміна тиску внаслідок зміни обсягу газу. Тепер розглянемо випадок, коли обсяг газу залишається постійним, а температура газу змінюється. Маса при цьому також залишається незмінною. Створити такі умови можна, помістивши деяка кількість газу в циліндр з поршнем і закріпивши поршень (Рис. 6).

Рис. 6. Зміна температури даної маси газу при незмінному обсязі

Чим вище температура, тим швидше рухаються молекули газу.

Отже,

- по-перше, частіше відбуваються ударів молекул об стінки посудини;

- по-друге, середня сила удару кожної молекули об стінку стає більше.

Це приводить нас до ще одного важливого висновку.

При збільшенні температури газу його тиск збільшується.

Будемо пам'ятати, що дане твердження справедливо, якщо маса і об'єм газу в ході зміни його температури залишаються незмінними.

4. Зберігання і транспортування газів

Залежність тиску газу від об'єму і температури часто використовується в техніці і в побуті. Якщо потрібно перевезти значну кількість газу з одного місця в інше, або коли гази необхідно довгостроково зберігати, їх поміщають в спеціальні міцні металеві посудини. Ці судини витримують високі тиску, тому з допомогою спеціальних насосів (компресорів) туди можна закачати значні маси газу, які в звичайних умовах займали б у сотні разів більший об'єм (Рис. 7).

Рис. 7. Балони для зберігання газів

Оскільки тиск газів у балонах навіть при кімнатній температурі дуже велике, їх ні в якому разі не можна нагрівати (наприклад, тримати під прямими променями сонця) або будь-яким способом намагатися зробити в них отвір, навіть після використання.

5. Висновок

Ми з'ясували, що тиск газів пояснюється рухливістю молекул газу і ударами молекул об стінки судин, в яких гази укладені. Тиск газу залежить від того, який обсяг займає даний газ, від його температури і маси.

 

Список літератури

Перышкин А. В. Фізика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М: Дрофа, 2010.
Перышкин А. В. Збірник задач з фізики 7-9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Видавництво «Іспит», 2010.
Лукашик в. І., Іванова О. В. Збірник задач з фізики для 7-9 класів загальноосвітніх установ. – 17-е изд. – М: Просвітництво, 2004.