§ 7-и. Газообразные тела

Изучив свойства и строение твёрдых и жидких тел, для которых характерны дальний или ближний порядок в расположении частиц, перейдём к рассмотрению свойств и строения газообразных тел. Для них характерно полное отсутствие порядка в расположении и движении частиц. Физики говорят, что частицы газов расположены и движутся хаотически (от греч. «хаос» – беспорядок).

Вы знаете много газов: водород, кислород, углекислый газ, водяной пар, пары ртути, азот, озон, хлор, воздух, наконец. Все они очень разные. Водород лёгкий, а углекислый газ тяжёлый; азот не пахнет, а озон «щиплет» нос; водяные пары безвредны, а пары ртути ядовиты; воздух бесцветный, а хлор имеет жёлто-зелёный цвет. Эти свойства газов разные, но есть и общие.

Во-первых, все газы очень хорошо поддаются сжатию. Их можно сжать в 100 и более раз! Во-вторых, все газы подчиняются закону Паскаля, передавая оказанное на них давление в другие части сосуда. В-третьих, в отличие от жидкостей, газы оказывают давление на все стенки сосуда (в том числе верхние), в котором они находятся, даже в невесомости. Как же можно объяснить эти общие свойства всех газов? На этот вопрос отвечает молекулярно-кинетическая теория.

 

Строение газообразных тел. При обычных условиях расстояния между частицами газа во много раз больше размеров самих частиц, а кинетическая энергия их движения гораздо больше потенциальной энергии их притяжения друг к другу и потенциальной энергии их притяжения к Земле. Поэтому частицы газа практически свободно летают, сталкиваясь друг с другом и «бомбардируя» стенки сосуда, в котором находятся.

Таково объяснение (иногда говорят «механизм») давления газов. Оно будет справедливым и в условиях невесомости, где давление газов сохраняется, в отличие от давления твёрдых и жидких тел.

 

Для сравнения отметим, что давление жидкости имеет принципиально иное происхождение. Вышележащие слои жидкости своим весом придавливают нижележащие слои, поэтому по мере опускания ко дну сосуда давление жидкости возрастает. В каждом слое из-за частых соударений частиц давление передаётся во все стороны, в том числе и на стенки сосуда. Поэтому в условиях невесомости (где жидкость и её отдельные слои не имеют веса) давление жидкости на дно и стенки сосуда будет равно нулю.

      

Это важное отличие происхождения давления газа от давления жидкости подтверждает опыт. На рисунке изображены два сосуда: левый – с жидкостью, а правый – с газом. Сосуды снабжены манометрами: вблизи дна, в средней части и вблизи горловины. Взгляните: манометры сосуда с газом показывают одинаковое давление, а манометры сосуда с жидкостью – возрастающие значения по мере опускания от горловины ко дну. Причина этого – различный «механизм» происхождения давления в жидкости и газе.

        

Объясним теперь свойство газов легко поддаваться сжатию и подчиняться закону Паскаля. Обратимся к рисунку. Вдвинув поршень, мы создадим уплотнение расположения частиц вблизи него. Однако вскоре эти частицы разлетятся по всему объёму сосуда, и в результате газ станет более плотным, а «бомбардировка» его частицами стенок сосуда – более интенсивной. То есть газ передаст оказанное на него давление поршня во все стороны.

Вспомним, что при увеличении температуры газа его давление возрастает (см. § 4-г). МКТ легко объясняет этот факт. Повышение температуры приводит к увеличению скорости движения частиц газа, поэтому «бомбардировка» частицами стенок сосуда усиливается, что и означает возрастание давления газа.

Проверьте, как вы усвоили материал:

  1. Цель этого параграфа – изучение ...
  2. Каково «внутреннее» строение всех газов?
  3. Как короче описать строение газов?
  4. Приведите примеры известных вам газов.
  5. Какие свойства у перечисленных газов различные?
  6. Какое первое названное нами общее свойство всех газов?
  7. Какое мы назвали второе, присущее всем газам, общее свойство?
  8. Какой раздел физики может объяснить общие свойства газов?
  9. Охарактеризуйте взаимное «положение» частиц газа при обычных условиях.
  10. Охарактеризуйте энергетическое состояние частиц любого газа.
  11. Превосходство кинетической энергии частиц любого газа над их потенциальной энергией приводит к тому, что ...
  12. При отсутствии силы тяжести ...
  13. Чем объясняется повышение давления жидкости по мере опускания ко дну сосуда?
  14. Давление жидкости на стенки сосуда возникает ...
  15. Сосуды на рисунке отличаются тем, что ...
  16. Охарактеризуйте давления веществ в изображённых сосудах.
  17. Непостоянство и постоянство давлений в сосудах с жидкостью и газом объясняет ...
  18. Правый нижний рисунок поясняет ...
  19. Почти мгновенно после вдвигания поршня более плотно расположившиеся возле него частицы ...
  20. Как молекулярно-кинетическая теория объясняет возрастание давления газа при возрастании температуры?

Источник: fizika.ru