Номер 1, страница 72 - гдз по физике 7 класс сборник задач Исаченкова, Гладков

Чем обусловлено давление газа

Давление газа является результатом многочисленных ударов его молекул о стенки сосуда, в котором он находится. Согласно молекулярно-кинетической теории (МКТ), молекулы любого вещества находятся в непрерывном и хаотическом движении. В газах расстояния между молекулами велики, и они движутся свободно, сталкиваясь друг с другом и со стенками сосуда.

Каждый удар молекулы о стенку сосуда сообщает ей небольшой импульс. Суммарное действие огромного числа таких ударов за единицу времени на единицу площади поверхности и создает макроскопическую силу, которую мы воспринимаем как давление. Чем чаще и сильнее молекулы ударяются о стенки, тем выше давление газа.

Основное уравнение МКТ связывает давление $\text{p}$ с микроскопическими параметрами газа:

$p = \frac{1}{3} n m_0 \overline{v^2}$

где $\text{n}$ — концентрация молекул (число молекул в единице объема), $m_0$ — масса одной молекулы, а $\overline{v^2}$ — средний квадрат скорости поступательного движения молекул. Это уравнение можно также выразить через среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул $E_k = \frac{m_0 \overline{v^2}}{2}$:

$p = \frac{2}{3} n E_k$

Таким образом, давление газа напрямую зависит от концентрации его молекул и их средней кинетической энергии, которая, в свою очередь, является мерой температуры газа.

Ответ: Давление газа обусловлено ударами его молекул о стенки сосуда. Оно зависит от числа молекул в единице объема (концентрации) и от средней кинетической энергии их движения (температуры).

Как изменить давление газа

Изменить давление газа можно, воздействуя на параметры, от которых оно зависит: объем, температуру и количество вещества (массу газа). Эти зависимости описываются уравнением состояния идеального газа (уравнением Менделеева-Клапейрона):

$pV = \nu RT$

где $\text{p}$ — давление, $\text{V}$ — объем, $\nu$ — количество вещества, $\text{R}$ — универсальная газовая постоянная, $\text{T}$ — абсолютная температура. Из этого уравнения видно, что давление $p = \frac{\nu RT}{V}$. Следовательно, существуют следующие способы изменения давления:

1. Изменение объема сосуда. При постоянной температуре и неизменном количестве газа ($T=\text{const}, \nu=\text{const}$), уменьшение объема $\text{V}$ приводит к увеличению давления $\text{p}$, так как молекулы начинают чаще сталкиваться со стенками. Увеличение объема, наоборот, ведет к уменьшению давления. Эта зависимость известна как закон Бойля-Мариотта: $p \propto \frac{1}{V}$.

2. Изменение температуры газа. При постоянном объеме и неизменном количестве газа ($V=\text{const}, \nu=\text{const}$), повышение температуры $\text{T}$ увеличивает среднюю кинетическую энергию и скорость молекул. Они начинают ударяться о стенки сильнее и чаще, что приводит к росту давления $\text{p}$. Охлаждение газа вызывает обратный эффект. Эта зависимость известна как закон Шарля: $p \propto T$.

3. Изменение количества газа. При постоянном объеме и температуре ($V=\text{const}, T=\text{const}$), увеличение количества вещества $\nu$ (например, при накачивании воздуха в шину) приводит к росту концентрации молекул. Это увеличивает число ударов о стенки в единицу времени, и, как следствие, растет давление $\text{p}$. Уменьшение количества газа приводит к падению давления.

Ответ: Давление газа можно изменить тремя основными способами: 1) изменив объем, в котором находится газ (при сжатии давление растет, при расширении — падает); 2) изменив температуру газа (при нагревании давление растет, при охлаждении — падает); 3) изменив количество газа в данном объеме (при добавлении газа давление растет, при удалении — падает).