Физика 7 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 122

   Природа давления газа обусловлена кинетической активностью его молекул. Находясь в состоянии непрерывного броуновского движения, молекулы газа хаотически перемещаются в объёме сосуда, совершая упругие столкновения как между собой, так и с внутренними поверхностями стенок.
   В процессе каждого соударения молекула передаёт стенке определённый импульс. Совокупность этих дискретных импульсов, передаваемых стенкам за единицу времени огромным количеством молекул, формирует макроскопическое явление, известное как давление газа.
   Величина этого давления прямо пропорциональна концентрации молекул и квадрату их средней скорости (или, что эквивалентно, их средней кинетической энергии).

1. Возьмите воздушный шарик, надуйте и завяжите его.
2. Попытайтесь сжать шарик — вы почувствуете сопротивление, газ внутри давит на стенки шарика.
3. Если проколоть шарик, то можно будет услышать хлопок. Это доказывает, что внутри было избыточное давление.
    Воздух внутри шарика состоит из молекул, которые непрерывно ударяются о внутреннюю поверхность резины. Эти удары создают давление, которое растягивает оболочку шарика, придавая ему форму и противодействует сжатию при попытке сдавить шарик.

   Данный эксперимент с резиновым шариком под вакуумным колоколом служит убедительным доказательством того, что давление газа распространяется равномерно во всех направлениях и напрямую связано с количеством молекулярных столкновений с поверхностью.
   Он также ярко демонстрирует, как изменение внешнего давления нарушает равновесие давлений между внутренней и внешней средой замкнутого объёма (в данном случае, шарика). Когда внешний воздух откачивается, уменьшение числа молекул снаружи приводит к снижению внешнего давления. Внутреннее давление, оставаясь неизменным, начинает преобладать, вызывая расширение шарика до тех пор, пока не будет достигнуто новое равновесие.
   Этот процесс также косвенно подтверждает закон Паскаля, согласно которому давление, приложенное к газу, передаётся без изменений по всему его объёму.

   Представьте себе газ в закрытом сосуде. Если мы будем менять его объем, не меняя температуру, то давление газа тоже изменится. Это явление описывает закон Бойля-Мариотта, который говорит, что произведение начального давления на начальный объем равно произведению конечного давления на конечный объем:

p₁ V₁ = p₂ V₂

   Когда мы сжимаем газ (уменьшаем объем), его частички (молекулы) оказываются теснее друг к другу. Их становится больше на том же пространстве, и они начинают чаще врезаться в стенки сосуда. От этого газ давит сильнее.
   А если мы, наоборот, даем газу больше места (увеличиваем объем), то молекулы разлетаются подальше. Они реже сталкиваются со стенками, и поэтому давление газа падает.

   При повышении температуры газа наблюдается увеличение средней кинетической энергии его молекул, что приводит к росту их поступательной скорости. Это, в свою очередь, вызывает более интенсивные и частые соударения молекул со стенками сосуда. Совокупное воздействие усиленных и участившихся ударов, при неизменном количестве молекул, обуславливает рост давления.

   При сжатии газа резко возрастает его давление и увеличивается сила ударов молекул о стенки сосуда.
   Обычные ёмкости не выдержат такой нагрузки и могут разрушиться, что опасно (взрыв, выброс газа).
   Прочные стальные баллоны рассчитаны на высокое давление, обеспечивают безопасную транспортировку и хранение, а также предотвращают аварийные ситуации.

   Данный опыт убедительно демонстрирует зависимость давления газа от его температуры. При охлаждении воздуха в бутылке его давление падает, что соответствует законам Гей-Люссака и Шарля. Возникающая разница между внутренним и внешним давлением приводит к смятию пластиковых стенок. Это наглядный пример того, как изменение температуры газа при постоянном количестве молекул и частично ограниченном объёме напрямую влияет на его давление.