Давление газа

Введение

Когда мы надуваем шарик, он становится упругим и раздувается. Почему? Воздух внутри шара давит на его стенки. Этот пример помогает понять, что газы создают давление, и оно играет огромную роль в нашей жизни: от накачанных шин велосипеда до работы двигателей самолёта.

Что такое давление газа

Газы состоят из очень маленьких частиц — молекул, которые находятся в постоянном хаотичном движении. Они сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда.
Каждое столкновение молекул со стенкой вызывает удар, а множество таких ударов создаёт давление газа.

То есть давление газа — это сила, с которой молекулы газа действуют на стенки сосуда.

От чего зависит давление газа

1. От температуры.
   Если нагреть газ, его молекулы начинают двигаться быстрее, удары становятся сильнее и чаще. Давление увеличивается.
   Пример: летом баллон с воздухом нагревается и может взорваться, если давление слишком велико.

2. От объёма сосуда.
   Если газ сжимают (уменьшают объём), молекулам становится тесно, и они чаще ударяются о стенки — давление возрастает.

3. От количества газа.
   Чем больше молекул находится в сосуде, тем чаще происходят столкновения — давление растёт.

Единица измерения давления

В СИ давление измеряется в паскалях (Па).
1 паскаль — это давление, создаваемое силой 1 ньютон на площадь 1 квадратный метр:

Так как давление газов обычно велико, часто используют:

• килопаскаль (кПа) = 1000 Па

• атмосфера (атм) = 101 325 Па

• миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) ≈ 133 Па

Атмосферное давление

Мы живём на Земле, окружённые воздухом. Воздух имеет массу, и под действием силы тяжести он давит на всё вокруг. Это давление воздуха называется атмосферным.

Опыт Торричелли показал, что у поверхности Земли атмосферное давление примерно равно:

Благодаря атмосферному давлению работают шприцы, барометры и даже наши лёгкие.

Пример 1. Почему мяч становится твёрдым при накачке

Когда мы накачиваем мяч насосом, внутрь поступает больше воздуха. Количество молекул увеличивается, они сильнее ударяются о стенки, создавая большее давление. Поэтому мяч становится упругим.

Пример 2. Что происходит при нагревании газа

Если поставить на плиту закрытую металлическую банку с воздухом, то при нагревании молекулы газа начнут двигаться быстрее, давление возрастёт. Если крышка не откроется, банку может даже разорвать — давление внутри станет слишком большим.

Закон Бойля — Мариотта

При постоянной температуре произведение давления газа на его объём остаётся постоянным:

Это значит: если газ сжимать (уменьшать объём), давление возрастает; если расширять — давление падает.

Пример: в шприце при нажатии поршня давление внутри растёт, потому что объём уменьшается.

Закон Гей-Люссака

При постоянном объёме давление газа прямо пропорционально его температуре:

​​

То есть при нагревании давление увеличивается, при охлаждении — уменьшается. Поэтому зимой давление в шинах автомобилей падает, а летом повышается.

Как измеряют давление газа

Для измерения давления газов используют манометры.

• Открытые манометры показывают разность между давлением газа и атмосферным.

• Закрытые манометры измеряют абсолютное давление газа.

Примером является автомобильный манометр, которым проверяют давление в шинах.

Вопросы для самопроверки

1. Почему газ создаёт давление?

2. Как зависит давление газа от температуры?

3. Что произойдёт с давлением газа, если его сжать при постоянной температуре?

4. Почему летом давление в шинах выше, чем зимой?

5. Как называется давление воздуха, окружающего Землю?

6. Кто впервые измерил атмосферное давление и каков его нормальный уровень?

7. В каких единицах измеряется давление в СИ?

8. Что показывает закон Бойля — Мариотта?

9. Что произойдёт, если нагреть закрытый сосуд с газом?

10. Для чего нужен манометр?