Давление газа в физике

Абсолютно все вещества состоят из мельчайших, не видимых глазу частиц – молекул. Эти молекулы находятся в беспрерывном хаотичном движении. И если в твердых телах это лишь небольшое колебание на одном месте, то в жидкостях и газах это движение происходит в любых направлениях, молекулы сталкиваются друг с другом, летят в новом направлении, вновь сталкиваются и так далее, рисуя немыслимые траектории и пересекая неисчислимое расстояние. Удар при столкновении одной молекулы очень и очень мал, но, как известно, молекул невероятное множество, двигаются они очень быстро, а потому действие всех молекул – это довольно значительная величина. То есть, многочисленные удары беспорядочно движущихся молекул и создают давление газа на стенки сосуда или на помещенное в газ тело.

Именно потому, когда мы надували воздушный шарик, мы наполняли его все новыми и новыми порциями воздуха, то есть газа, и, будучи накачиваемым все в большем количестве, он создавал все большее давление на стенки шарика, растягивая его. А так как из-за хаотического движения молекулы равномерно распределяются по всему объему, создавая равномерное давление газа на стенки сосуда, то и шарик равномерно раздувался во все стороны.

Зависимость давления газа от температуры

Если же мы уменьшаем объем сосуда при постоянной массе и температуре газа, то его давление на стенки уменьшается. Это и понятно, так как при увеличении объема расстояние между молекулами становится больше и количество соударений уменьшается. Существует также зависимость давления газа от температуры. Чем выше температура, тем выше скорость молекул газа и, соответственно, количество соударений и их сила увеличивается. Поэтому категорически нельзя нагревать баллоны со сжиженным газом, так как от увеличения давления внутри они могут не выдержать и взорваться. Для измерения давления газа существуют специальные приборы, самый известный из которых – это барометр, который позволяет нам узнать величину атмосферного давления и, исходя их этих данных, одеваться на улицу соответственно.

24

Закон Паскаля: формула и применение

 

Если мы положим на стол тяжелую стопку книг, то мы увеличим давление не только на стол, но и соответственно, на пол под столом. Стены, потолок, окна и двери этого давления на себе не почувствуют.

Даже если мы сложим на стол всю одежду из шкафов, еду из холодильника, телевизор, гантели и вдобавок взгромоздимся с ногами сами, стены и потолок не ощутят никаких изменений. Разве что их может задеть щепкой от разлетевшегося под весом всего этого добра стола, но изменения в давлении на них будут равны нулю. С газами и жидкостями дело обстоит иначе. Если в закрытом сосуде мы изменим давление на наполняющую сосуд жидкость или газ, то изменение в давлении ощутят на себе абсолютно все стенки этого сосуда.

В чем состоит закон Паскаля?

Можно самостоятельно проделать опыт, наглядно подтверждающий это явление. Для этого необходимо взять плотный резиновый шарик и наполнить его водой, а потом завязать или закупорить как-то иначе. Аккуратно, чтобы не порвать, проделываем иголкой несколько дырок в разных местах наполненного водой шарика. Сквозь дырки начинает сочиться вода. А теперь, если мы сожмем шар в руках, мы увидим, что вода начинает выливаться гораздо активнее абсолютно через все отверстия. То есть, увеличив давление в местах сжатия, мы видим, что давление увеличилось также одинаково во всех направлениях, на все стенки сосуда, то есть, в данном случае, шарика.

То же самое будет, если наполнить шарик дымом. Это происходит вследствие того, что активно перемещающиеся частицы жидкости и газа перемешиваются по всему объему, и давление, уменьшившее объем для их свободного перемещения в одном месте, вызовет такое же уменьшение объема по всем направлениям. В этом и состоит закон Паскаля: жидкости и газы передают оказываемое на них давление по всем направлениям одинаково. Закон этот был открыт в 17 веке французским ученым Паскалем и потому носит его имя.

Формула закона Паскаля и его применение

Закон Паскаля описывается формулой давления:

p=F/S,

где p – это давление,
F – приложенная сила,
S – площадь сосуда.

Из формулы мы видим, что при увеличении силы воздействия при той же площади сосуда давление на его стенки будет увеличиваться. Измеряется давление в ньютонах на метр квадратный или в паскалях (Па), в честь ученого, открывшего закон Паскаля. Его применение лежит в основе многих устройств и довольно распространено в производстве. Это, в частности, гидравлические прессы, пневматические тормоза и инструменты и многое другое.

25

Давление газа

 

Попробуйте растянуть воздушный шарик руками. В длину, в ширину. Прикиньте на глазок или замерьте расстояние, на которое вам удалось его растянуть. А теперь надуйте шарик.

И сравните длину и ширину надутого шарика с тем расстоянием, на которое вам удавалось его растянуть. Практически в ста процентах случаев оказывается, что воздух, самый обыкновенный воздух, которым вы дышите, справился значительно лучше ваших мышц. Поразительно, не правда ли? Точно так же мы накачиваем камеры машин и велосипедов, мячи для спортивных игр, и после качественной накачки мы абсолютно не в состоянии сжать руками воздух внутри камеры или мяча. Отчего так происходит? Почему воздух оказывается намного сильнее нас, не имея ни мускулов, ни приспособлений для этого? Это явление носит название давление газа и проходится в седьмом классе на уроках физики.