Вече казахме (§ 220), че газовете винаги напълно запълват обема, ограничен от газонепропускливи стени. Така например стоманен цилиндър, използван в технологията за съхранение на сгъстени газове (фиг. 375), или камера за автомобилна гума е напълно и почти равномерно запълнена с газ.

Ориз. 375. Стоманен цилиндър за съхранение на силно компресирани газове

В стремежа си да се разшири, газът упражнява натиск върху стените на цилиндъра, камерата на гумата или всяко друго тяло, твърдо или течно, с което влиза в контакт. Ако не вземем предвид действието на гравитационното поле на Земята, което при обичайните размери на съдовете само незначително променя налягането, тогава при равновесие налягането на газа в съда ни изглежда напълно равномерно. Тази забележка се отнася до макрокосмоса. Ако си представим какво се случва в микрокосмоса на молекулите, които изграждат газа в съда, тогава не може да става дума за никакво равномерно разпределение на налягането. На някои места по повърхността на стените молекулите на газа се удрят в тях, а на други места няма удари; тази картина се променя през цялото време по хаотичен начин.

За простота нека приемем, че всички молекули летят с еднаква скорост, преди да се ударят в стената, насочена по нормалата към стената. Приемаме също, че ударът е абсолютно еластичен. При тези условия скоростта на молекулата при удара ще промени посоката си в обратната, оставайки непроменена по абсолютна стойност. Следователно скоростта на молекулата след удара ще бъде равна на . Съответно импулсът на молекулата преди удара е , а след удара е равен на ( - масата на молекулата). Като извадим първоначалната му стойност от крайната стойност на импулса, намираме нарастването на импулса на молекулата, придаден от стената. То е равно. Според третия закон на Нютон импулсът, равен на, се предава на стената при удар.

Ако за единица време на единица площ от стената има удари, тогава през това време молекулите удрят повърхността на стената. Молекулите отчитат на мястото през времето общия импулс, равен по модул. По силата на втория закон на Нютон този импулс е равно на произведениетосила, действаща върху обекта за време. По този начин,

Където .

Разделяйки силата на площта на секцията на стената, получаваме налягането на газа върху стената:

Лесно се вижда, че броят на ударите за единица време зависи от скоростта на молекулите, защото колкото по-бързо летят, толкова по-често се удрят в стената, и от броя на молекулите на единица обем, защото колкото повече молекули, толкова по-голям е броят на въздействията, които нанасят. Следователно можем да приемем, че е пропорционално на и, т.е. пропорционално

За да изчислим налягането на газ, използвайки молекулярната теория, трябва да знаем следните характеристики на микрокосмоса от молекули: маса, скорост и брой молекули на единица обем. За да намерим тези микрохарактеристики на молекулите, трябва да установим от какви характеристики на макрокосмоса зависи налягането на газа, т.е. да установим чрез опит законите за налягането на газа. Чрез сравняване на тези експериментални закони със законите, изчислени с помощта на молекулярната теория, ще можем да определим характеристиките на микрокосмоса, например скоростта на газовите молекули.

И така, нека установим от какво зависи налягането на газа?

Първо, налягането зависи от степента на компресия на газа, тоест от това колко газови молекули има в даден обем. Например, чрез нагнетяване на все повече и повече въздух в автомобилна гума или чрез компресиране (намаляване на обема ) затворена камера, принуждаваме газа да натиска все по-силно стените на камерата.

Второ, налягането зависи от температурата на газа. Известно е например, че топката става по-еластична, ако се държи близо до нагрята пещ.

Обикновено промяната в налягането се причинява от двете причини едновременно: както промяна в обема, така и промяна в температурата. Но е възможно процесът да се извърши по такъв начин, че когато обемът се промени, температурата ще се промени пренебрежимо малко или когато температурата се промени, обемът практически ще остане непроменен. Първо ще разгледаме тези случаи, след като направим следната забележка предварително. Ще разгледаме газа в равновесие. Това означава, че в газа е установено както механично, така и топлинно равновесие.

Механичното равновесие означава, че няма движение на отделни части от газа. За целта е необходимо налягането на газа да бъде еднакво във всички негови части, ако пренебрегнем незначителната разлика в налягането в горния и долния слой на газа, която възниква под действието на гравитацията.

Термичното равновесие означава, че няма пренос на топлина от една секция на газа към друга. За да направите това, е необходимо температурата в целия обем на газа да бъде еднаква.

клас: 7

Презентация към урока

Назад напред

внимание! Визуализацията на слайда е само за информационни цели и може да не представя пълния обем на презентацията. Ако си заинтересован тази работамоля, изтеглете пълната версия.

Учебник"Физика. клас 7" А.В. Перишкин - М. : Дропла, 2011

Тип урок:комбинирани на базата на изследователска дейност.

Цели:

• установи причината за съществуването на налягане в газовете от гледна точка на молекулярната структура на материята;
• да открия:
• от какво зависи налягането на газа
• как мога да го променя.

Задачи:

• да формират знания за налягането на газа и естеството на появата на налягане върху стените на съда, в който се намира газът;
• да формират способността да обясняват налягането на газа въз основа на учението за движението на молекулите, зависимостта на налягането от обема при постоянна маса и температура, както и при промяна на температурата;
• развиват общообразователни знания и умения: наблюдават, правят изводи;
• да насърчава внушаването на интерес към предмета, развитието на вниманието, научното и логическото мислене на учениците.

Оборудване и материали за урока:компютър, екран, мултимедиен проектор, презентация към урока, колба със запушалка, статив, спиртна лампа, спринцовка, балон, пластмасова бутилка със запушалка.

План на урока:

1. Проверка на домашните.
2. Актуализация на знанията.
3. Обяснение на нов материал.
4. Затвърдяване на материала, преминат в урока.
5. Обобщение на урока. Домашна работа.

ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА

Предпочитам това, което може да се види, чуе и проучи. (Хераклит)(Слайд 2)

- Това е мотото на нашия урок

- В последните уроци научихме за налягането на твърдите тела, от какви физични величини зависи налягането.

1. Повторение на преминатия материал

1. Какво е натиск?
2. От какво зависи налягането на твърдото тяло?
3. Как налягането зависи от силата, приложена перпендикулярно на опората? Каква е природата на тази зависимост?
4. Как налягането зависи от зоната на опора? Каква е природата на тази зависимост?
5. Каква е причината за натиска на твърдо тяло върху опора?

качествена задача.

Еднакви ли са силите, действащи върху опората и натиска в двата случая? Защо?

Проверка на знанията. Тестване (проверка и взаимна проверка)

Тест

1. Физическо количество, който има размерността на паскал (Pa), се нарича:

а) сила; б) маса; в) налягане; г) плътност.

2. Силата на натиск е увеличена 2 пъти. Как ще се промени налягането?

а) ще намалее 2 пъти; б) останете същите в) ще се увеличи 4 пъти; г) ще се удвои.

4. Какъв натиск оказва 200 N килим с площ 4 m 2 върху пода?

а) 50 Pa; б) 5 Pa; в) 800 Pa; г) 80 Ра.

5. На масата са поставени две тела с еднакво тегло. Упражняват ли същия натиск върху масата?

2. Актуализиране на знанията(под формата на разговор)

Защо балоните и сапунените мехури са кръгли?
Ученици надуват балони.
С какво напълнихме балоните? (по въздух)Какво друго може да напълни топките? (от газове)
- Предлагам да стискаме топките. Какво ти пречи да стискаш топките? Какво действа върху обвивката на сферата?
- Вземете пластмасови бутилки, затворете тапата и се опитайте да изстискате.
- За какво ще се говори в урока?

– Тема на урока: Налягане на газа

3. Обяснение на нов материал

Газовете, за разлика от твърдите вещества и течностите, изпълват целия съд, в който се намират.
В стремежа си да се разшири, газът упражнява натиск върху стените, дъното и капака на всяко тяло, с което влиза в контакт.
(Слайд 9) Снимки на стоманени бутилки, съдържащи газ; камери за автомобилни гуми; топка
Налягането на газа се дължи на други причини, различни от натиска на твърдо тяло върху опора.

Заключение:налягането на газа върху стените на съда (и върху тялото, поставено в газа) се причинява от удари на газовите молекули.
Например, броят на ударите на молекулите на въздуха в помещението върху повърхност от 1 cm 2 за 1 s се изразява като двадесет и трицифрено число. Въпреки че ударната сила на отделна молекула е малка, действието на всички молекули върху стените на съда е значително и създава газово налягане.
Учениците работят самостоятелно с учебника. Прочетете опита с гумена топка под звънеца. Как да си обясня това преживяване? (стр.83 фиг.91)

Учениците обясняват опита.

(Слайд 11) Гледане на видеоклип, обясняващ опита, за консолидиране на материала.

(Слайд 12) Момент за почивка. Зарядно устройство за очи.

„Усещането за мистерия е най-красивото преживяване, достъпно за нас. Именно това чувство стои в люлката на истинската наука.

Алберт Айнщайн

(Слайд 14) ИМАТ ЛИ ГАЗОВЕТЕ ОБЕМ? ЛЕСНО ЛИ СЕ ПРОМЕНЯ ОБЕМЪТ НА ГАЗОВЕТЕ? ВЗЕМАТ ЛИ ГАЗОВЕТЕ ЦЕЛИЯ ОБЕМ, КОИТО ИМ СЕ ДОСТАВЯ? ЗАЩО ЗАЩО? ИМАТ ЛИ ГАЗОВЕТЕ ПОСТОЯНЕН ОБЕМ И СОБСТВЕНА ФОРМА? ЗАЩО?

ориз. 92 стр. 84

(Слайд 15) Учениците направиха модели от спринцовки. Изпълнение на опит.
Учениците правят извода, че когато обемът на газа намалява, неговото налягане се увеличава, а когато обемът се увеличава, налягането намалява, при условие че масата и температурата на газа остават непроменени.

(Слайд 16) Опит с колба

Как ще се промени налягането на газ, ако се нагрява при постоянен обем?
При нагряване налягането на газа в колбата постепенно ще се увеличи, докато тапата излети от колбата.
Учениците правят заключение: налягането на газ в затворен съд е толкова по-голямо, колкото по-висока е температурата на газа, при условие че масата и обемът на газа не се променят. (Слайд 17)

Газовете, съдържащи се в съд, могат да бъдат компресирани или изстискани, като същевременно се намали обемът им. Сгъстеният газ се разпределя равномерно във всички посоки. Колкото повече компресирате газ, толкова по-високо ще бъде неговото налягане.
Учениците заключават: толкова по-голямо е налягането на газа, колкото по-често и по-силно се удрят молекулите в стените на съда

4. Затвърдяване на преминатия в урока материал.

(Слайд 18) Помислете за това

Какво се случва с газовите молекули, когато обемът на съда, съдържащ газа, намалее?

• молекулите се движат по-бързо
• молекулите се движат по-бавно
• средното разстояние между газовите молекули намалява,
• средното разстояние между газовите молекули се увеличава.

(Слайд 19) Сравнете вашите отговори

1. Какво причинява налягането на газа?
2. Защо налягането на газ се увеличава, когато се компресира и намалява, когато се разширява?
3. Кога налягането на газа е по-голямо: студено или горещо? Защо?

Отговор 1. Налягането на газа се причинява от удара на газовите молекули върху стените на съда или върху тялото, поставено в газа
Отговор 2. Когато се компресира, плътността на газа се увеличава, което увеличава броя на ударите на молекулите върху стените на съда. Следователно налягането също се увеличава. С разширяването плътността на газа намалява, което води до намаляване на броя на ударите на молекулите върху стените на съда. Поради това налягането на газа намалява
Отговор 3. Налягането на газа е по-високо, когато е горещ. Това се дължи на факта, че газовите молекули започват да се движат по-бързо с повишаване на температурата, поради което ударите им стават по-чести и по-силни.

(Слайд 20) Качествени задачи. (Сборник задачи по физика В. И. Лукашик, Е. В. Иванова, Москва "Просвещение" 2007 г., стр. 64)

1. Защо става все по-трудно да движите дръжката на помпата всеки път, когато напомпвате автомобилна гума с въздух?

2. Масите на един и същи газ в различни затворени съдове при една и съща температура са еднакви. Кой съд има най-високо налягане на газа? най-малко? Обяснете отговора

3. Обяснете появата на вдлъбнатина върху топката

Топка на стайна температура

Топка на снега в мразовит ден

Загадките могат да бъдат решени завинаги.
В крайна сметка Вселената е безкрайна.
Благодаря на всички за урока
И най-важното, че той беше за бъдещето!

Отражение.

5. Обобщение на урока

Домашна работа:§35

Мякишев Г.Я. Налягане на газ в съд // Квант. - 1987. - № 9. - С. 41-42.

По специално споразумение с редакционната колегия и редакцията на списание "Квант"

Налягането на газа върху стената на съда зависи ли от материала на стената и нейната температура? Нека се опитаме да отговорим на този въпрос.

При извеждането на основното уравнение на молекулярно-кинетичната теория на идеалния газ в учебника „Физика 9“ (§ 7) се приема, че стената е абсолютно гладка и сблъсъците на молекулите със стената стават по закона на абсолютно еластично въздействие. С други думи, кинетичната енергия на молекулата не се променя при удар, а ъгълът на падане на молекулата равен на ъгълаотражения. Оправдано и необходимо ли е това предположение?

Накратко можем да кажем следното: предположението е оправдано, но не е необходимо.

На пръв поглед изглежда, че стената в никакъв случай не може да се счита за абсолютно гладка - самата стена се състои от молекули и следователно не може да бъде гладка. Поради това ъгълът на падане не може да бъде равен на ъгъла на отражение при нито един сблъсък. Освен това стенните молекули извършват хаотични трептения около равновесните позиции (те участват в произволно топлинно движение). Следователно, когато се сблъска с всяка молекула на стената, молекулата на газа може да прехвърли част от енергията на стената или, обратно, да увеличи своята кинетична енергия поради стената.

Въпреки това предположението за абсолютно еластичен характер на сблъсъка на газова молекула със стена е оправдано. Факт е, че при изчисляване на налягането средните стойности на съответните количества са в крайна сметка важни. В състояние топлинно равновесиемежду газа и стената на съда, кинетичната енергия на газовите молекули остава средно непроменена, т.е. сблъсъци със стената не променят средната енергия на газовите молекули. Ако това не беше така, тогава термичното равновесие би било спонтанно нарушено. А това е невъзможно според втория закон на термодинамиката. Освен това не може да има преобладаващо отражение на молекулите в определена посока - в противен случай съдът с газ ще започне да се движи, което противоречи на закона за запазване на импулса. Това означава, че средният брой молекули, падащи върху стената под определен ъгъл, е равен на средния брой молекули, летящи от стената под същия ъгъл. Предположение за огледална картинаот стената на всяка отделна молекула отговаря на това състояние.

По този начин, приемайки, че сблъсъците на газовите молекули със стената са еластични, получаваме същия резултат за средното налягане, както и без това предположение. Това означава, че налягането на газа не зависи от качеството на обработката на стената (нейната гладкост). Въпреки това, допускането на абсолютно еластичен характер на удара значително опростява изчисляването на налягането на газа и следователно е оправдано.

Зависи ли налягането на газ върху стена от нейната температура? На пръв поглед трябва да зависи. Ако например няма топлинно равновесие, тогава молекулите от студена стена трябва да отскачат с по-малко енергия, отколкото от гореща.

Въпреки това, дори ако една стена се поддържа студена с помощта на хладилен агрегат, налягането върху нея пак не може да бъде по-малко от налягането върху противоположната гореща стена. В края на краищата тогава съдът ще започне да се движи бързо без външни сили, а това противоречи на законите на механиката: освобождавайки неподвижен съд със стени с различна температура, няма да предизвикаме неговото изместване. Въпросът тук е, че при дадено неравновесно състояние на газа в съда концентрацията на молекули в близост до студената стена е по-голяма, отколкото близо до горещата. Намаляването на кинетичната енергия на молекулите в близост до студената стена се компенсира от увеличаване на концентрацията на молекулите и обратно. В резултат на това натискът върху студените и горещите стени е еднакъв.

Нека разгледаме друга версия на експеримента. Нека охладим една от стените много бързо. В първия момент натискът върху него ще намалее и съдът ще се движи малко; тогава наляганията се изравняват и съдът спира. Но при това движение центърът на масата на системата ще остане на мястото си поради факта, че плътността на газа при студената стена ще стане малко по-висока, отколкото при горещата.

Трябва да се отбележи, че всъщност налягането не остава строго фиксирана стойност. Той изпитва колебания и следователно съдът леко "трепери" на място. Но амплитудата на треперенето на съда е изключително малка.

И така, накрая стигнахме до извода, че налягането на газа върху стените в съда не зависи нито от качеството на обработката на стените, нито от тяхната температура.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

наляганев съд с газ се създава от удари на молекули в стената му.

Поради топлинно движениечастици газ от време на време се удрят в стените на съда (фиг. 1а). При всеки удар молекулите действат върху стената на съда с известна сила. Добавяйки се взаимно, силите на удара на отделните частици образуват определена сила на натиск, която постоянно действа върху стената на съда. Молекулите на газа при сблъсък със стените на съда взаимодействат с тях според законите на механиката като еластични телаи предават своите импулси към стените на съда (фиг. 1б).

Фиг. 1. Налягане на газа върху стената на съда: а) възникване на налягане поради удари върху стената на произволно движещи се частици; б) сила на натиск в резултат на еластично въздействие на частици.

На практика най-често те имат работа не с чист газ, а със смес от газове. Например, атмосферният въздух е смес от азот, кислород, въглероден диоксид, водород и други газове. Всеки от газовете, които образуват сместа, допринася за общото налягане, което сместа от газове упражнява върху стените на съда.

За газова смессправедлив закон на далтон:

налягането на газовата смес е равно на сумата от парциалните налягания на всеки компонент на сместа:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Парциално наляганее налягането, което би заемал газът, който е част от газовата смес, ако той сам заемаше обем, равен на обема на сместа при дадена температура (фиг. 2).

Фиг.2. Закон на Далтон за газова смес

От гледна точка на молекулярно-кинетичната теория, законът на Далтон е изпълнен, тъй като взаимодействието между молекулите на идеален газ е незначително. Следователно всеки газ упражнява натиск върху стената на съда, сякаш в съда няма други газове.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Упражнение	Затворен съд съдържа смес от 1 мол кислород и 2 мола водород. Сравнете парциалните налягания на двата газа (налягане на кислород) и (налягане на водород):
Отговор	Налягането на газа се дължи на удара на молекулите върху стените на съда, не зависи от вида на газа. При условия на термично равновесие температурата на газовете, които съставят газовата смес, в този случайкислород и водород е едно и също. Това означава, че парциалните налягания на газовете зависят от броя на молекулите на съответния газ. Един мол от всяко вещество съдържа

Където и да е газът: в балон, автомобилна гума или метален цилиндър - той изпълва целия обем на съда, в който се намира.

Налягането на газ възниква по съвсем различна причина от налягането на твърдо тяло. Образува се в резултат на удари на молекули по стените на съда.

Натискът на газа върху стените на съда

Движейки се произволно в пространството, газовите молекули се сблъскват една с друга и със стените на съда, в който се намират. Силата на удара на една молекула е малка. Но тъй като има много молекули и те се сблъскват с голяма честота, тогава, действайки заедно върху стените на съда, те създават значително налягане. Ако се постави в газ твърдо, тогава той също е подложен на удари на газови молекули.

Нека направим един прост експеримент. Под звънеца на въздушната помпа поставяме вързан балонне е напълно изпълнен с въздух. Тъй като в него има малко въздух, балонът има неправилна форма. Когато започнем да изпомпваме въздух изпод камбаната, балонът ще започне да се надува. След известно време тя ще приеме формата на обикновена топка.

Какво стана с нашата топка? В края на краищата той беше вързан, следователно количеството въздух в него остана същото.

Всичко се обяснява съвсем просто. По време на движението газовите молекули се сблъскват с обвивката на топката отвън и вътре в нея. Ако въздухът се изпомпва от камбаната, молекулите стават по-малки. Плътността намалява, а оттам и честотата на ударите на молекулите върху външната обвивка. Следователно налягането извън черупката пада. И тъй като броят на молекулите в обвивката остава същият, вътрешното налягане надвишава външното. Газът притиска черупката отвътре. И поради тази причина постепенно се издува и придобива формата на топка.

Законът на Паскал за газовете

Газовите молекули са много подвижни. Поради това те предават натиск не само по посока на силата, която причинява този натиск, но равномерно във всички посоки. Законът за пренос на налягането е формулиран от френския учен Блез Паскал: Налягането, приложено към газ или течност, се предава непроменено до всяка точка във всички посоки". Този закон се нарича основен закон на хидростатиката - науката за течността и газа в състояние на равновесие.

Законът на Паскал се потвърждава от опит с устройство, наречено Топката на Паскал . Това устройство е топка от твърда материяс малки дупчици, направени в него, свързани с цилиндър, по който се движи бутало. Балонът е пълен с дим. Когато се компресира от бутало, димът се изтласква от дупките на топката на равни потоци.

Налягането на газа се изчислява по формулата:

където д лин - средна кинетична енергия на транслационното движение на газовите молекули;

н - концентрация на молекули

парциално налягане. Законът на Далтон

На практика най-често се срещаме не с чисти газове, а с техните смеси. Ние дишаме въздух, който е смес от газове. Автомобилните газове също са смес. При заваряване чист въглероден двуокис. Вместо това се използват и газови смеси.

Газовата смес е смес от газове, които не влизат в химична реакцияпомежду си.

Налягането на отделен компонент на газовата смес се нарича парциално налягане .

Ако приемем, че всички газове от сместа са идеални газове, тогава налягането на сместа се определя от закона на Далтон: "Налягането на смес от идеални газове, които не взаимодействат химически, е равно на сумата от парциалните налягания."

Стойността му се определя по формулата:

Всеки газ в сместа създава парциално налягане. Температурата му е равна на температурата на сместа.

Налягането на газ може да се промени чрез промяна на неговата плътност. Колкото повече газ се изпомпва в метален цилиндър, толкова повече молекули ще се ударят в стените и толкова по-високо ще стане налягането му. Съответно, изпомпвайки газа, ние го разреждаме и налягането намалява.

Но налягането на газ може да се промени и чрез промяна на неговия обем или температура, тоест чрез компресиране на газа. Компресията се осъществява чрез упражняване на сила върху газообразно тяло. В резултат на такова въздействие обемът, зает от него, намалява, налягането и температурата се повишават.

Газът се компресира в цилиндъра на двигателя, докато буталото се движи. При производството високото налягане на газа се създава чрез компресирането му с помощта на сложни устройства - компресори, които могат да създават налягане до няколко хиляди атмосфери.