Меню

В чем заключается молекулярно кинетическое толкование давления газа

В чем заключается молекулярно кинетическое толкование давления газа

Рассмотрим подробнее, что представляет собой один из основных параметров состояния – давление P. Ещё в XVIII веке Даниил Бернулли предположил, что давление газа есть следствие столкновения газовых молекул со стенками сосуда. Именно давление чаще всего является единственным сигналом присутствия газа.

Итак, находящиеся под давлением газ или жидкость действуют с некоторой силой на любую поверхность, ограничивающую их объем. В этом случае сила действует по нормали к ограничивающей объем поверхности. Давление на поверхность равно:

Можно также говорить о давлении внутри газа или жидкости. Его можно измерить, помещая в газ или жидкость небольшой куб с тонкими стенками, наполненный той же средой (рис. 1.1).

Допустим, автомобиль поднимается гидравлическим домкратом, состоящим, как показано на рисунке 1.2, из двух соединенных трубкой цилиндров с поршнями. Диаметр большого цилиндра равен 1 м, а диаметр малого – 10 см. Автомобиль имеет вес F2. Найдем силу давления на поршень малого цилиндра, необходимую для подъема автомобиля.

Таким образом, для подъема автомобиля достаточно давить на малый поршень с силой, составляющей лишь 1 % веса автомобиля.

Вычислим давление, оказываемое газом на одну из стенок сосуда (рис. 1.3).

Каждая молекула обладает импульсом mυx, но стенка получает импульс 2mυx(при абсолютно-упругом ударе mυx— (-mυx)=2mυx). За время dt о стенку площадью S успеет удариться число молекул, которое заключено в объёме V:

Более точно случайную величину характеризует среднеквадратичная величина. Поэтому под скоростью vx 2 понимаем среднеквадратичную скорость 2 > . Вектор скорости, направленный произвольно в пространстве, можно разделить на три составляющих:

Итак, давление газов определяется средней кинетической энергией поступательного движения молекул.

Уравнение (1.2.3) называют основным уравнением, потому что давление Р – макроскопический параметр системы здесь связан с основными характеристиками – массой и скоростью молекул.

Иногда за основное уравнение принимают выражение

Рассмотрим единицы измерения давления.

По определению, , поэтому размерность давления Н/м 2 .

1 Н/м 2 = 1 Па; 1 атм. = 9,8 Н/см 2 = 98066 Па ≈10 5 Па,

1 мм рт.ст. = 1 тор = 1/760 атм. = 133,3 Па,

Источник

Как объясняют давление газа на основе учения о движении молекул?

Давление газа на стенки сосудов вызывается ударами молекул газа.

У газов нет ни формы ни постоянного объема. Они могут заполнить любой объем.

Читайте также:  В реакции водорода с кислородом что происходит с давлением

Количество молекул в каждом кубическом сантиметре увеличивается при сжатии (уменьшается при расширении) от этого число ударов о стенки сосуда увеличивается (уменьшается). Поэтому чем больший сосуд газ заполняет, тем меньше давление и наоборот.

Газ одинаково давит по всем направлениям, как пример -когда надуваешь воздушный шар, то он надувается равномерно.

Если газ находиться в маленьком объеме, то давление на стенки становится огромным, поэтому газ удобнее и безопаснее заключать в специальные прочные стальные баллоны.

Давление газа вызывается ударами молекул о стенки сосуда, т.к. молекулы хаотически движутся и постоянно соударяются друг с другом и со всеми встреченным препятствиями.

Как учёные обнаружили, что скорость света — предел?

Все слышали про общую теорию относительности, и все примерно представляют себе ее тезисы. Вспомним один из них.

Время относительно. Это буквально означает, что если двигаться мимо совершенно точных и исправных часов (с любой скоростью), они покажутся вам идущими медленно. Одна секунда на них будет длиться для вас дольше секунды — тем дольше, чем быстрее вы двигаетесь. Но та же одна секунда этих часов будет длиться ровно одну секунду для того, кто в этот момент просто стоит возле них.

То же происходит с пространством. Если вы двигаетесь навстречу шару и каким-нибудь образом успеете на ходу измерить его диаметр, выставив линейку по направлению движения, окажется, что шар для вас стал сплюснутым. Да, верно: тем более сплюснутым, чем быстрее вы двигаетесь.

И вот мы двигаемся все быстрее. Еще быстрее, еще быстрее. Шары на нашем пути сплющиваются, часы на нашем пути замедляются. Они делают это с экспоненциальной скоростью: сначала чтобы заметить разницу нужно разогнаться очень сильно, чуть позже уже малейший прирост в скорости будет давать заметный невооруженным взглядом эффект сжатия. И так до тех пор, пока. пока все шары вокруг вас не станут дисками нулевой толщины с нулевым расстоянием между ними. Пока все часы не остановятся. Расстояние до любого объекта впереди или позади будет равно нулю, секунда на чужих часах будет длиться бесконечно. С вашей точки зрения вы будете находиться во всех точках своей траектории одновременно, а понятие времени или изменения просто исчезнет. Прошлое и будущее, равно как направления «вперед» и «назад» перестанут иметь для вас смысл.

Читайте также:  Что можно есть и пить при пониженном давлении

Конечно, сделать этого вы не сможете, потому что у вас есть масса: вы сможете бесконечно приближаться к этой границе, но никогда не достигнете ее. Это асимптота на графиках восприятия пространства и времени. Но у света массы нет, и для него те же графики совпадают с асимптотами.

Строго говоря, называть эту скорость «скоростью света» не совсем точно. Это предел кривизны пространства и времени. Что угодно, не имеющее массы, окажется именно в этом пределе. Свету повезло быть именно такой сущностью, но с тем же успехом мы могли бы назвать эту величину «скоростью немассивных тел».

Свет движется с этой скоростью, потому что у него нет массы, а не сама скорость стала максимальной благодаря свету. Забудьте про свет. Представьте себе, каково быть объектом без массы, для которого перестало существовать время и пространство. Скорость — это расстояние, проходимое в единицу времени. Как можно развить скорость еще выше, когда расстояния и времени для вас уже не существует?

Источник

Молекулярно-кинетическое истолкование температуры и давления

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов связывает параметры состояния газа (P и Т) с характеристиками поступательного движения его молекул.

Стенки сосуда, в котором заключен газ, подвергаются непрерывной бомбардировке молекулами. В результате элементу стенки ΔS сообщается за время Δt = 1 с некоторый импульс Ft, который численно равен силе, действующей на ΔS. Отношение этой силы к величине ΔS дает давление, оказываемое газом на стенки сосуда. Вследствие хаотичности движения молекул давление газа на различные участки стенок сосуда одинаково.

Рассмотрим этот процесс детально. Пусть молекула массы m0 движется со скоростью перпендикулярно стенке. После абсолютно упругого соударения со стенкой, молекула будет двигаться в υ обратном направлении с той же скоростью. При этом молекула передает стенке импульс , равный изменению собственного импульса: Δ p

. (5.11) За время Δt число молекул, достигших площадки ΔS, равно: где n – концентрация молекул (число молекул в единице объема).

Реально к площадке ΔS молекулы подлетают под разными углами. Однако с учетом полной хаотичности движения можно считать, что в любой момент времени вдоль каждой из 3х осей декартовых координат движется 1/3 молекул, причем половина этих молекул (1/6 от общего числа) движется вдоль данной оси в одну сторону, а другая половина – в противоположную. Тогда число ударов молекул, движущихся в заданном направлении, о площадку ΔS равно:

Читайте также:  Как убедиться в отсутствии давления в трубопроводе

а переданный ими импульс:

(5.12) Тогда давление газа на стенку сосуда

. = =(5.13)

Желая подчеркнуть, что под величиной υ понимается средняя скорость движения молекул (хотя молекулы газа обладают безграничным набором скоростей), введем для нее обозначение и перепишем (5.13) в виде:

. (5.14) Учитывая, что величина представляет собой среднюю кинетическую энергию поступательного хаотического движения молекул, получим:

. (5.15) Давление в газе, таким образом, определяется средней энергией поступательного хаотического движения молекул.

Уравнения (5.10), (5.14), и (5.15) называются основными уравнениями молекулярно-кинетической теории Сопоставим между собой выражения (5.10) и (5.15). Поскольку левые части (5.10) и (5.15) определяют исходя из разных предпосылок одно и то же давление газа, можно приравнять правые части этих выражений:

Отсюда получим, что

, (5.16)

т.е. температура является мерой средней кинетической энергии хаотического движения молекул идеального газа. Из (5.16) следует, что при Т = 0 и = 0, т.е. при абсолютном нуле, прекращается поступательное движение молекул газа, следовательно, его давление равно нулю. Соотношение (5.16) ñраскрывает молекулярно-кинетический смысл понятия температуры. K Eá

Сделаем в заключение одно замечание. Поступательное движение в пространстве молекулы идеального газа (по определению атомы идеального газа являются материальными точками) описывается тремя независимыми координатами: X, Y и Z. Поэтому говорят, что такая молекула имеет три степени свободы. Вследствие полной хаотичности движения можно, учитывая (5.16), считать, что энергия, приходящаяся на одну степень свободы,

Закон Дальтона: Рассмотрим смесь идеальных газов, заключенных в объеме V при температуре Т. Обозначим массы и молекулярные веса их:

Парциальным давлением газа, входящего в газовую смесь, называется то давление, которое имел бы этот газ, если бы он один занимал весь объем сосуда при данной температуре.

Тогда суммарное давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов — ЗАКОН ДАЛЬТОНА.

p = Spi,
где pi = (mi/mi)·R·T/V — парциальное давление i ой компоненты в смеси газов.

Источник

Adblock
detector