По фізиці на задану тему:»Властивості газів»., Роботу виконав студент грн., Роботу перевірила
2000
Тиск газу
Газ завжди заповнює обсяг, обмежений непроникними йому стінками. Приміром, газовий балон чи камера автомобільної шини практично рівномірно заповнені газом.
Прагнучи розширитися, газ тисне на стінки балона, камери шини чи іншого тіла, твердого чи рідкого, з яким він зтикається. Не брати до уваги дії поля тяжіння Землі, яке за звичайних розмірах судин лише мізерно змінює тиск, то, при рівновазі тиску газу посудині представляється нас геть рівномірним. Це зауваження належить до макромиру. Якщо уявити собі, що відбувається у мікросвіті молекул, складових газ посудині, то про яке рівномірному розподілі тиску може бути мови. У одних місцях поверхні стінки молекули газу вдаряють в стінки, тоді в інших місцях удари відсутні. Ця картина постійно безладним чином змінюється. Молекули газу ударяють про стінки судин, та був відлітають зі швидкістю майже рівної швидкості молекули до удару. При ударі молекула передає стінці кількість руху, однакову mv, де m – маса молекули і v — її швидкість. Отражаясь від стінки, молекула повідомляє їй ще стільки ж руху mv. Отже, при кожному ударі (перпендикулярно стінці) молекула передає їй кількість руху однакову 2mv. Якщо за 1 секунду на 1 див 2 стінки доводиться N ударів, те повне кількість руху, передане цієї дільниці стінки, одно 2Nmv. З огляду на другого закону Ньютона це у руху одно твору сили F, діючої цей ділянку стінки, тимчасово t протягом яку вона діє. У нашому випадку t=1сек. Отже F=2Nmv, є сила, діюча на 1см2 стінки, тобто. тиск, що заведено позначати р (причому р чисельно одно F).
Отже маємо
р=2Nmv
Зрозуміло, що кількість ударів за 1 сік залежить від швидкості молекул, і кількості молекул n в одиниці обсягу. При невідь що стиснутому газі вважатимуться, що N пропорційно n і v, тобто. р пропорційно nmv2.
Отже, щоб розрахувати з допомогою молекулярної теорії тиск газу, ми мають знати і такі характеристики мікросвіту молекул: масу m, швидкість v і кількість молекул n в одиниці обсягу. Щоб знайти ці мікро характеристики молекул, ми повинні встановити, від яких характеристик макросвіту залежить тиск газу, тобто. встановити досвіді закони газового тиску. Порівнявши ці досвідчені закони на закони, розрахованими з допомогою молекулярної теорії, ми матимемо можливість визначити характеристики мікросвіту, наприклад швидкості газових молекул.
Нафта і газ, їх похідні
... свердловини, складається в основному з метану і його найближчих газоподібних гомологів, але містить також деяку кількість ... нафтоносного шару пробурюють свердловину, нафта протягом деякого часу фонтанує на поверхню, поки не знизиться тиск газу; після цього її відкачують насосами. Природний газ, який виходить із ...
Отже , встановимо, чого залежить тиск газу?
По-перше, від рівня стискування газу, тобто. від цього від цього, скільки молекул газу знаходиться в певному обсязі. Наприклад, накачуючи шину чи стискаючи її, ми змушуємо газ сильніше тиском стінки камери.
По-друге, від цього, як і температура газу.
Зазвичай зміна тиску викликається обома причинами відразу: і зміною обсягу, і зміною температури. Але й здійснити явище отже за зміни обсягу температура змінюватиметься мізерно мало або за зміні температури обсяг практично залишиться незмінним. Цими випадками ми спочатку і займёмся, зробивши попередньо ще таке зауваження.
може рівноваги.
Механічне рівновагу означає, немає руху окремих частин газу. І тому необхідно, щоб тиск газу було використано у всіх його частинах однаково, якщо знехтувати незначною різницею тиску у верхніх і нижніх шарах газу, виникає під впливом сили тяжкості.
Теплове рівновагу означає, немає передачі теплоти від однієї ділянки газу до іншого. І тому необхідно, щоб температура всього обсягу газу була однакова.
Залежність тиску газу від температури
Почати з з’ясування залежності тиску газу від температури за умови незмінного обсягу певної маси газу. Ці дослідження вперше зроблено в 1787 р. Шарлем. Можна відтворити ці досліди в Упрощенном вигляді, нагріваючи газ великий колбі, з’єднаної з ртутним манометром як вузької вигнутій трубки.
0°С
Досліди такого роду показали таке:
1. Приращение тиску деякою маси газу при нагріванні на 1° становить певну частину a того тиску, яке мала дана маса газу за нормальної температури 0°С. Якщо тиск при 0°С позначити через Р, то.приращение тиску газу при нагріванні на 1°С є aР.
пропорційно збільшенню температури.
2. Розмір a, показує, яку частина тиску при 0°С збільшується тиск газу при нагріванні на 1°, має одну і те значение(точнее, майже один і той ж) всім газів,, а именно(1/273)град -1 . Значимість a називають термічним, коефіцієнтом тиску. Отже, термічний коефіцієнт тиску всім газів має одну і те значення, однакову (1/273)град-1 .
Тиск деякою маси газу при нагріванні на
Слід мати, проте, у вигляді, що температурний коефіцієнт тиску газу, отриманий виміру атмосферного явища температури по ртутному термометру, над точності однаковий до різних температур: закон Шарля виконується лише наближено, хоч і з дуже великі ступенем точності.
Формула, якою виражено закон Шарля.
Закон Шарля дозволяє розрахувати тиск газу за будь-якої температурі, якщо відомо його тиск при 0°С. Нехай тиск при 0°С даної маси газу даному обсязі є p 0 , а тиск тієї самої газу за нормальної температури t є p . Приращение температури є t, отже, прирощення тиску одно ap0 t і дані тиск одно
p 0 t=
Цією формулою можна скористатися й у тому випадку, якщо газ охолоджений нижче 0°С; у своїй t матиме негативні значення. При низьких температурах, коли наближається до стану скраплення, соціальній та разі сильно стиснутих газів закон Шарля неприложим і формула (1) перестає бути придатної.
Закон Шарля з погляду молекулярної теорії
Що відбувається у мікросвіті молекул, коли температура газу змінюється, наприклад коли температура газу підвищується, і тиск його збільшується? З погляду молекулярної теорії можливі дві причини збільшення тиску, даного газу: по-перше, могло збільшитися число ударів молекул на 1 див 2 протягом 1 сек; по-друге, могло збільшитися кількість руху, передане під час удару у стінку однієї молекулою. І те й інша причина вимагає збільшення швидкості молекул. Звідси стає зрозуміло, що коли підвищення температури газу (в макросвіті) є збільшення середньої швидкості безладного руху молекул (в мікросвіті).
Електричний струм в газах
... рухаються хаотично. Якщо іони і вільні електрони виявляються в зовнішньому електричному полі, то вони приходять в спрямований рух і створюють електричний струм у газах. Таким чином, електричний струм в газі ... позитивні іони називається іонізацією газів. Нагрівання газу до високої температури не є єдиним способом іонізації молекул або атомів газу. Іонізація газу може відбуватися під впливом різних ...
Досліди з визначення швидкостей газових молекул, про які говоритиму трохи далі, підтверджують цей висновок.
Коли ми маємо справу ні з газом, і з твердим йди рідким тілом, у нашій розпорядженні немає таких безпосередніх методів визначення швидкості молекул тіла. Проте й таких випадках безсумнівно, що на підвищення температури швидкість руху молекул зростає.
Зміна температури газу за зміни його обсягу. Адиабатические і ізотермічні процеси.
Ми встановили, як залежить тиск газу від температури, якщо обсяг залишається незмінною. Тепер подивімося, як змінюється тиск деякою маси газу залежність від займаного нею обсягу, якщо температура залишається незмінною. Проте, як можливість перейти до цього питання, треба з’ясувати, як підтримувати температуру газу незмінною. І тому треба вивчити, що відбувається, з температурою газу, якщо обсяг його змінюється так швидко, що теплообмін газу з оточуючими тілами практично немає.
Произведем такий досвід. У з однієї кінця толстостенную трубку з прозорого матеріалу помістимо ватку, злегка змочену ефіром, і вже цим створимо всередині трубки суміш парів ефіру з повітрям, взрывающуюся при нагріванні. Потім швидко вдвинем в трубку щільно вхідний поршень. Ми побачимо, що в трубки станеться маленький вибух. Це означає, що з стискуванні суміші парів ефіру з повітрям температура суміші різко підвищилася. Це цілком зрозуміла. Сжимая газ зовнішньої силою, ми виробляємо роботу, у яких внутрішня енергія газу мала зрости; те й произошло—газ нагрівся.
Тепер надамо газу розширюватися і виробляти у своїй роботу проти сил зовнішнього тиску. Це можна здійснити. нехай у великий бутля перебуває стиснений повітря, має кімнатну температуру. Повідомивши сулія з зовнішнім повітрям, дамо повітрю в бутля можливість розширюватися, виходячи з невеличкого. отвори назовні, і помістимо в струмені розширюваного повітря термометр чи колбу із люлькою. Термометр покаже температуру, помітно нижчу, ніж кімнатна, а крапля у трубці, приєднаної до колбі, побіжить убік колби, що також вказувати на зниження температури повітря на струмені. Отже, коли розширюється й у своїй робить роботу, він охолоджується й внутрішня соціальність енергія його убуває. Зрозуміло, що нагрівання газу при стисканні і охолодження у результаті розширення є вираженням закону збереження енергії.
Якщо ми звернімося микромиру, то явища нагрівання газу при стискуванні і охолодження у результаті розширення стануть цілком ясними. Коли молекула вдаряється про нерухому стінку і відскакує від нього, швидкість, отже, і кінетична енергія молекули, загалом така сама, як і по удару об стіну. Але якщо молекула вдаряється і відскакує від наближення її у поршня, її швидкість і кінетична енергія більше, як на удару про поршень (аналогічно як швидкість тенісного м’яча збільшується, якщо його вдарити у зустрічному напрямі ракеткою).
Властивості рідини і газу
... його зміни визначається сумою прикладених сил. В классической механике есть закон сохранения импульса как наследство законов Ньютона. Однак, цей закон збереження вірний і ... Ціль роботи 1. Гідроаеромеханіка Незважаючи на те, що газ і рідина - різні фазові стани речовини, гідроаеромеханіка ( ... й класичної фізики зокрема. Заснований на принципі "...якщо я не розумію теорії або спостережуваний ефект, те ...
Надвигающийся поршень передає віддзеркалюваної від цього молекулі додаткову енергію. Тому внутрішня енергій газу при стискуванні зростає. При отскакивании від удаляющегося поршня швидкість молекули зменшується, бо молекула робить роботу, штовхаючи який відходить поршень. Тому розширення газу, що з отодвиганием поршня чи верств навколишнього газу, супроводжується скоєнням праці та приводить до зменшення внутрішньої енергії газу.
Отже, стиснення газу зовнішньої силою викликає його нагрівання, а розширення газу супроводжується його охолодженням. Це певною мірою має місце завжди, але різко замітаю тоді, коли обмін теплотою з оточуючими тілами зведений до мінімуму, бо такий обмін може у більшої або меншою мірою компенсувати зміна температури.
адиабатическими.
Повернімося стосовно питання про, поставленому на початку глави. Як забезпечити сталість температури газу, попри зміни його обсягу? Вочевидь, цього потрібно безупинно передавати газу теплоту ззовні, коли він розширюється, і безупинно відбирати від цього теплоту, передаючи її оточуючим тілах, якщо газ стискається. Зокрема, температура газу досить постійної, якщо розширення чи стиснення газу виробляється надто повільно, а передача теплоти ззовні чи зовні може статися з достатньої швидкістю. При повільному розширенні теплота від оточуючих тіл передається газу та її температура знижується такі малі, що цим зниженням можна знехтувати. При повільному стисканні теплота, навпаки, передається від газу до оточуючих тілах, і як наслідок температура його підвищується лише мізерно мало.
изотермическими.
Закон Бойля — Мариотта
ізотермічний
Ми ставимо, в такий спосіб, питання: як пов’язані між собою об’єм і тиск при изотермическом зміні стану газу? Щоденний досвід вчить нас, що з зменшенні обсягу деякою маси газу тиск його збільшується. Як приклад можна вказати підвищення пружності при накачування футбольного м’яча, велосипедній чи автомобільної шини. Постає питання: як саме збільшується тиск газу при зменшенні обсягу, якщо температура газу залишається незмінною?
Відповідь це питання дали дослідження, вироблені у XVII столітті англійським фізиком і хіміком Робертом Бойлем (1627—1691) і французьким фізиком Едемом Мариоттом (1620—1684).
Досліди, встановлюють залежність між обсягом і тиском газу, можна відтворити: на вертикальної стійці , снабжённой поділами, перебувають скляні трубки А і У, з’єднані гумової трубкою З. У трубки налита ртуть. Трубка У згори відкрита, на трубці А є кран. Заплющимо цей кран, замкнувши в такий спосіб деяку масу повітря на трубці А. Зараз ми не зрушуємо трубок, рівень ртуті на обох трубках однаковий. Це означає, що воно тисне повітря, замкненого у слухавці А, таку ж, як і тиск навколишнього повітря.
Будемо тепер повільно піднімати трубку У . Ми побачимо, що ртуть на обох трубках підніматиметься, але з однаково: у слухавці У рівень ртуті дедалі час вище, ніж у А. Якщо ж опустити трубку У, то рівень ртуті в обох колінах знижується, але у трубці У зниження більше, ніж у А.
Тиск в рідинах і газах
... трубка досить довга, то рівень ртуті в ній опускається і у верхній частині трубки створюється вакуум, оскільки атмосферний тиск може утримати стовпчик ртуті ... їх укладають. Наприклад, коли ми накачуємо автомобільну шину, повітря не збирається в нижній частині камери, як це ... діє додатковий тиск, наприклад атмосферний? А що буде, якщо густина рідини чи газу не постійна? Стисливість газів велика, і тому ...
Обсяг повітря, замкненого у трубці А, можна відрахувати по розподілам трубки А. Тиск цього повітря відрізнятиметься від атмосферного на величину тиску стовпа ртуті, висота якого дорівнює різниці рівнів ртуті в трубках Проте й У. При. піднятті трубки У тиск стовпа ртуті додається до атмосферному тиску. Обсяг повітря на При цьому зменшується. При опусканні трубки У рівень ртуті у ній виявляється нижче, ніж у Проте й тиск стовпа
