, Tlak je... Tlak plynu a jeho závislosť od rôznych faktorov

Tlak je fyzikálna veličina, ktorá sa vypočíta takto: vydelte tlakovú silu oblasťou, na ktorú táto sila pôsobí. Tlaková sila je určená hmotnosťou. Akýkoľvek fyzický predmet vyvíja tlak, pretože má aspoň určitú váhu. Článok bude podrobne diskutovať o tlaku v plynoch. Príklady ilustrujú, od čoho závisí a ako sa mení.

Rozdiel medzi tlakovými mechanizmami pevných, kvapalných a plynných látok

Aký je rozdiel medzi kvapalinami, pevnými látkami a plynmi od seba? Prvé dva majú objem. Pevné látky si zachovávajú svoj tvar. Plyn umiestnený v nádobe zaberá celý svoj priestor. Je to spôsobené tým, že molekuly plynu prakticky navzájom neinteragujú. Preto sa mechanizmus tlaku plynu výrazne líši od mechanizmu tlaku kvapalín a pevných látok.

Položme kettlebell na stôl. Pod vplyvom gravitácie by sa hmotnosť naďalej pohybovala nadol cez stôl, ale to sa nestane. Dôvod? Pretože molekuly tabuľky sa približujú k molekulám, z ktorých je kettlebell vyrobený, vzdialenosť medzi nimi sa zmenšuje natoľko, že medzi časticami kettlebell a stolom vznikajú odpudivé sily. V plynoch je situácia úplne iná.

Atmosférický tlak

Pred zvážením tlaku plynných látok zavádzame koncept — bez ktorého nie sú možné ďalšie vysvetlenia-atmosférický tlak. To je efekt, ktorý vzduch (atmosféra) okolo nás. má, vzduch sa nám zdá iba beztiažový, v skutočnosti má váhu, a aby sme to dokázali, vykonáme experiment.

Zvážime vzduch obsiahnutý v sklenenej nádobe. Vstupuje tam cez gumovú hadičku v krku. Vzduch odstraňujeme pomocou vákuovej pumpy. Banku odvážime bez vzduchu, potom otvoríme kohútik a keď vzduch vstúpi, jej hmotnosť sa pripočíta k hmotnosti banky.

Tlak nádoby

Poďme zistiť, ako plyny pôsobia na steny nádob. Molekuly plynu prakticky navzájom neinteragujú, ale nelietajú od seba. Stále sa teda dostanú k stenám plavidla a potom sa vrátia. Keď molekula narazí na stenu, jej dopad pôsobí na nádobu určitou silou. Táto sila je krátkodobá.

Ďalší príklad. Hoďte loptu do listu lepenky, lopta sa odrazí a lepenka sa trochu odchýli. Nahraďte loptu pieskom. Údery budú malé, ani ich nebudeme počuť, ale ich sila sa bude hromadiť. List bude neustále odmietnutý.

Teraz si vezmime najmenšie častice, napríklad častice vzduchu, ktoré máme v pľúcach. Fúkajte na lepenku a bude sa odchyľovať. Nútime molekuly vzduchu, aby zasiahli lepenku, v dôsledku čoho na ňu pôsobí sila. Čo je to za moc? Toto je sila tlaku.

Dospeli sme k záveru, že tlak plynu je spôsobený vplyvom molekúl plynu na steny ciev. Mikroskopické sily, ktoré pôsobia na steny, sa sčítajú a dostaneme to, čo sa nazýva tlaková sila. Výsledkom rozdelenia sily podľa oblasti je tlak.

Vynára sa otázka: prečo, ak si vezmete do ruky list lepenky, neodchyľuje sa? Koniec koncov, je to v plyne, to znamená vo vzduchu. Pretože dopady molekúl vzduchu na jednej strane a na druhej strane listu sa navzájom vyvažujú. Ako skontrolovať, či molekuly vzduchu skutočne narazili na stenu? To sa dá urobiť, ak odstránite nárazy molekúl z jednej strany, napríklad na odčerpanie vzduchu.

Experiment

K dispozícii je špeciálne zariadenie-vákuové čerpadlo. Toto je sklenený uzáver na vákuovej doske. Na ňom je gumové tesnenie, takže medzi uzáverom a doskou nie je žiadna medzera, takže tesne zapadajú do seba. K vákuovej jednotke je pripevnený manometer , meranie rozdielu tlaku vzduchu vonku a pod kapotou. Žeriav umožňuje pripojiť hadicu smerujúcu k čerpadlu do priestoru pod kapotou.

Pod kapotu dajte mierne nafúknutý balón. Vzhľadom na to, že je trochu nafúknutý, sú kompenzované dopady molekúl vo vnútri lopty a mimo nej. Zakryte loptu uzáverom, zapnite vákuové čerpadlo, otvorte kohútik. Na manometri uvidíme, že rozdiel medzi vzduchom vo vnútri a vonku rastie. A čo balón? Zväčšuje sa veľkosť. Tlak, to znamená vplyv molekúl mimo loptu, sa zmenšuje. Častice vzduchu vo vnútri gule zostávajú, kompenzácia úderov zvonku a zvnútra je narušená. Objem gule rastie v dôsledku skutočnosti, že tlaková sila molekúl vzduchu vonku je čiastočne prevzatá elastickou silou gumy.

Teraz zatvorte kohútik, vypnite čerpadlo, znova otvorte kohútik, odpojte hadicu, aby sa vzduch dostal pod kapotu. Lopta sa začne zmenšovať vo veľkosti. Keď je tlakový rozdiel medzi vonkajšou a pod kapotou nulový, stane sa rovnakou veľkosťou ako pred experimentom. Táto skúsenosť dokazuje, že môžete vidieť tlak na vlastné oči, ak je na jednej strane väčší ako na druhej strane, T. J. ak. . plyn je odstránený z jednej strany a ponechaný na druhej strane.

Záver je taký, že tlak je veličina, ktorá je určená vplyvmi molekúl, ale vplyvy môžu byť početnejšie a menej početné. Čím viac nárazov na steny nádoby, tým väčší tlak. Okrem toho, čím väčšia je rýchlosť molekúl dopadajúcich na steny ciev, tým väčší je tlak produkovaný týmto plynom.

Závislosť tlaku na objeme

Povedzme, že máme určitú hmotnosť oka, to znamená určitý počet molekúl. V priebehu experimentov, ktoré budeme brať do úvahy, sa táto suma nemení. Plyn je vo valci s piestom. Piest sa môže pohybovať hore a dole. Horná časť valca je otvorená, na ňu položíme elastickú gumovú fóliu. Častice plynu zasiahli steny nádoby a film. Keď je tlak vzduchu vo vnútri aj vonku rovnaký, film je plochý.

Ak posuniete piest nahor, počet molekúl zostane rovnaký, ale vzdialenosť medzi nimi sa zníži. Budú sa pohybovať rovnakými rýchlosťami, ich hmotnosť sa nezmení. Počet nárazov však bude väčší, pretože molekula musí prejsť kratšiu vzdialenosť, aby sa dostala k stene. V dôsledku toho by sa mal tlak zvýšiť a film by sa mal ohýbať smerom von. V dôsledku toho sa s poklesom objemu zvyšuje tlak plynu, ale za predpokladu, že hmotnosť plynu a teplota zostanú nezmenené.

Ak posuniete piest nadol, vzdialenosť medzi molekulami sa zvýši, čo znamená, že čas, ktorý budú potrebovať na dosiahnutie stien valca a filmu, sa tiež zvýši. Štrajky budú zriedkavejšie. Plyn, ktorý je vonku, má vyšší tlak ako ten vo vnútri valca. V dôsledku toho sa film ohne dovnútra. Záver: tlak je množstvo, ktoré závisí od objemu.

Závislosť tlaku od teploty

Predpokladajme, že máme nádobu s plynom pri nízkej teplote a existuje nádoba s rovnakým plynom v rovnakom množstve pri vysokej teplote. Pri akejkoľvek teplote je tlak plynu spôsobený vplyvom molekúl. Počet molekúl plynu v oboch nádobách je rovnaký. Objem je rovnaký, takže vzdialenosť medzi molekulami zostáva rovnaká.

Keď sa teplota zvyšuje, častice sa začínajú pohybovať rýchlejšie. V dôsledku toho sa zvyšuje počet a sila ich vplyvov na steny ciev.

Nasledujúce skúsenosti pomáhajú overiť správnosť tvrdenia, že so zvyšujúcou sa teplotou plynu sa zvyšuje jeho tlak.

Zoberme si fľašu, ktorej krk je uzavretý balónom. Vložte ho do nádoby s horúca voda. Uvidíme, že balón je nafúknutý. Ak zmeníte vodu v nádobe na studenú a vložíte tam fľašu, lopta sa vyfúkne a dokonca sa vtiahne dovnútra.