Из курса физики 7 класса известно, что газ — это состояние вещества, при котором молекулы имеют достаточную скорость и энергию, чтобы преодолевать силы взаимного притяжения и удаляться друг от друга, заполняя весь предоставленный объём. Важнейшей характеристикой газа является давление. Рассмотрим эту тему подробнее, приведём формулу давления газа.
Получается, что в любой точке газа соударения молекул создают некоторую силу, пропорциональную площади, причём отношение этих двух величин постоянно. Это и есть давление газа.
Связь температуры и давления
Итак, давление газа создаётся хаотически движущимися молекулами в результате постоянных соударений. Следовательно, чем больше средняя скорость движения молекул, тем больше будет давление газа. А мера средней скорости молекул — это температура. Значит, если газ содержится в некотором постоянном объёме, то его давление будет пропорционально температуре. Данный закон был установлен в конце XVIII в. Ж. Шарлем и получил его имя.
Закон Шарля гласит, что отношение давления газа к его абсолютной температуре при неизменном объёме остаётся постоянным:
$${pover T} = const$$
где:
- $p$ — давление газа;
- $T$ — абсолютная температура газа.
Закон Шарля — это один из газовых законов молекулярно-кинетической теории (МКТ), связывающих макроскопические газовые параметры: давление, температуру и объём. Закон Шарля описывает ситуацию, когда объём газа постоянен.
Основное уравнение МКТ
Поскольку давление газа обуславливается хаотическим движением молекул, то его величина может быть определена, исходя из концентрации молекул, массы и средней скорости молекулы:
$$p={1over 3}nm_0v_{ср}^2$$
где:
- $p$ — давление газа;
- $n$ — число молекул в единице объёма (концентрация);
- $m_0$ — масса молекулы;
- $ v_{ср}^2$ — среднеквадратичная скорость молекулы.
Данное соотношение называется основным уравнением МКТ. Оно связывает средние параметры одной молекулы с давлением газа. Температура в эту формулу не входит, однако она неявно присутствует в ней в виде среднеквадратичной скорости, которая пропорциональна температуре.
Что мы узнали?
Давление газа обуславливается постоянными ударами молекул газа о стенки сосуда и между собой. Давление при постоянном объёме растёт при росте температуры. Величина давления может быть определена с помощью основного уравнения МКТ.
