тиск газу

Ми вже знаємо, що гази на відміну від твердих тіл і рідин заповнюють весь об'єм посудини, в якому вони знаходяться, наприклад сталевий балон для зберігання газів, камеру автомобільної шини або волейбольного м'яча. При цьому газ тисне на стінки балона, камери або будь-якого іншого тіла, з яким він стикається.

Розглянемо наступний досвід. Під дзвін повітряного насоса поміщають зав'язаний гумову кульку. Він містить невелику кількість повітря (рис. 82, а) і має неправильну форму. Потім насосом відкачують повітря з-під дзвони. Оболонка Шарика, навколо якої повітря стає все більш розрідженим, поступово роздувається і приймає форму кулі (рис. 82, 6).

Як пояснити цей досвід? Відомо, що молекули газу безладно рухаються з великими швидкостями. При своєму русі вони стикаються з іншими молекулами, а також зі стінками посудини, в якому знаходиться Газ (рис. 83). Молекул в газі багато, тому і число їх ударів дуже велике. Підраховано, що в звичайному, чи не стиснутому газі число ударів молекул, що припадають на 1 см2 стінки судини в 1 с, виражається двадцатітрехзначним числом.

Хоча удар окремої молекули і слабкий, але дія такого числа ударів всіх молекул об стінки судини значно, воно і є тиск газу.

Отже, тиск газу на стінки посудини (і на вміщене в газ тіло) викликається ударами молекул газу.

У нашому досвіді рухаються молекули газу безперервно бомбардують стінки кульки всередині і зовні, При відкачуванні повітря число молекул в дзвоні навколо оболонки кульки зменшується. Але всередині зав'язаного кульки їх число не змінюється. Тому число ударів молекул об внутрішні стінки оболонки стає більше числа ударів об зовнішні стінки, і кулька роздувається до тих пір, поки сила пружності його гумовою оболонки не стане рівною силі тиску газу. Кульова форма, яку приймає роздута оболонка кульки, показує, що газ тисне на її стінки в усіх напрямках однаково, інакше кажучи, число ударів, молекул, що припадають на кожен квадратний сантиметр площі поверхні, в усіх напрямках однаково. Однаковий тиск в усіх напрямках характерно для газу і є наслідком безладного руху величезного числа молекул.

Очевидно, що тиск газу на стінку посудини тим більше, чим частіше молекули вдаряють об стінку.

Якщо обсяг газу зменшити, але так, щоб маса його залишилася незмінною, то в кожному кубічному сантиметрі газу молекул побільшає, щільність газу збільшиться. Тоді число ударів молекул об стінки посудини зросте, т. Е. Зросте тиск газу. Его можна підтвердити досвідом.

На малюнку 84, а зображено скляна трубка, один кінець якої закритий тонкою гумовою плівкою. У трубку вставлений поршень. При вдвіганіем поршня об'єм повітря в трубці зменшується, т. Е. Газ стискається (рис. 84, б). Гумова плівка при цьому вигинається назовні, вказуючи на те, що тиск повітря в трубці збільшилася.

Навпаки, при збільшенні обсягу даної маси газу число молекул в кожному кубічному сантиметрі зменшиться, Від цього зменшиться число ударів об стінки судини - тиск газу зменшиться. Дійсно, при витягуванні поршня з трубки обсяг повітря в ній збільшується, плівка прогинається всередину судини (рис. 84, б), вказуючи на зменшення тиску повітря в трубці. Такі ж явища спостерігалися б, якби замість повітря в трубці знаходився будь-який інший газ.

Отже, при зменшенні обсягу даної маси газу його тиск збільшується, а при збільшенні обсягу тиск зменшується.

А як зміниться тиск газу, якщо нагріти його при постійному обсязі? Ми знаємо, що швидкість руху молекул газу при нагріванні його збільшується. Рухаючись швидше, молекули будуть бити об стінки судини частіше. Крім того, кожен удар молекули об стінку судини стане сильніше. Внаслідок цього стінки судини будуть відчувати більший тиск.

Отже, тиск однієї і тієї ж маси газу в даному обсязі тим більше, чим вище температура газу.

Для зберігання і перевезення газів їх сильно стискають, від цього тиск їх зростає, гази доводиться укладати в спеціальні, дуже міцні сталеві балони (рис. 85). У таких балонах, наприклад, містять стиснене повітря в підводних човнах, кисень, який використовується при зварюванні металів, і багато інших гази.

Питання. 1. Як можна на досвіді показати, що газ виробляє тисків на стінки посудини, в якому він знаходиться? 2. Як пояснюють тиск газ на основі вчення про рух молекул? 3. З чого можна зробити висновок, що газ виробляє однаковий тиск в усіх напрямках? 4. Чому тиск газу збільшується при стисненні і зменшується при розширенні? 5. В якому стані газ виробляє більший тиск: в холодному або нагрітому? Поясніть чому. 6. Чому стислі гази містять в спеціальних балонах? 7. Як зміниться тиск газу, якщо балон, в якому він знаходиться, з'єднати з таким же порожнім балоном?