Тиск ідеального газу
Перш ніж вести мову про те, що таке тиск ідеального газу, слід уточнити сам зміст поняття «ідеальний газ». А поняття це характеризує математичну модель, універсальну формулу, яка передбачає, що розподіл потенційної і кінетичної енергії взаємодіючих молекул таке, що величиною потенційної енергії можна знехтувати. Хіміко-фізичний зміст полягає в тому, що передбачається абсолютна пружність стінок судин, в яких знаходиться газ, а крім того, визнається нікчемним величина сил тяжіння молекул, імпульсів їх удару об стінки судини і одна об одну.
Таке розуміння сутності ідеального газу знаходить дуже широке застосування в області вирішення проблем термодинаміки газів.
У фізичному сенсі розрізняються різновиди ідеального газу: класичний, властивості якого визначаються класичними законами механіки, і квантовий, характер якого виводиться із принципів квантової механіки.
Першим вивів загальне рівняння великий французький фізик Бенуа Клапейрон. Він же розробив і основні принципові положення вчення про ідеальний газ, які покладені в основу всіх сучасних теорій, які вивчають різні гази.
Вихідним положенням цього вчення є висновок про те, що тиск ідеального газу є величиною незмінною при лінійний характер залежності його обсягу від температури. При цьому необхідно враховувати деякі умовні допущення:
- діаметр молекули ідеального газу малий до допустимості зневаги його величиною;
- імпульс між молекулами може передаватися тільки при зіткненнях, таким чином, можна знехтувати і силою тяжіння між ними;
- сумарна величина енергії молекул газу визнається константою, при відсутності теплообміну і роботи, яку здійснюють над цим газом. В даному випадку тиск ідеального газу залежить від суми величин імпульсів, які створюються при зіткненні молекул зі стінками посудини.
За час існування вчення багато вчених займалися дослідженням фізико-хімічної природи газів, причому підходи у багатьох з них були неоднакові. Це призвело до того, що у фізичній теорії розглядають класифікацію ідеального газу з точки зору тих закономірностей, які поклав в основу свого дослідження той чи інший фізик - Фермі-газ, Бозе-газ і інші. Так, наприклад, згідно з еквівалентному підходу, що розглядається газ одночасно задовольняє законам і Бойля-Маріотта і Гей-Люссака: pV = bT, де р - тиск, Т - абсолютна температура. Формула Менделєєва дає вже більш розлоге уявлення про властивості: pV = m / М х RT, де позначені: R - газова постійна, M - молярна маса, m - маса.
Відео: Фізика 10 клас - Тиск ідеального газу
Одним з найбільш ранніх і розроблених навчань про властивості газів було опис такого властивості як тиск ідеального газу. Але в цій концепції були деякі недоліки, пов`язані з одностороннім підходом до дослідження. Так, навіть вимірявши величину тиску, ми не зможемо з`ясувати параметри середніх значень кінетичної енергії кожної з окремо взятих молекул, а також концентрацію цих молекул в посудині. Тому потрібно ще якийсь параметр, за допомогою використання якого можна вирішити задачу. В якості такої величини фізиками була запропонована температура. Ця скалярна величина в термодинаміки дає уявлення про те, в якому тепловому стані знаходиться система і яка її динаміка. Але в теорії газів температура має важливе значення і як молекулярно-кінетичний параметр, тому що описує поведінку молекул газу в посудині, а також відображає їх середню кінетичну енергію. Це значення називається константою Больцмана.
Щоб при пошуку формули тиску не входити в складності вищої математики, необхідно штучно ввести деякі спрощення:
- форму молекул представимо у вигляді кулі;
- відстань між молекулами представимо нескінченно великим, що виключає дію сил тяжіння;
Відео: Закони ідеального газу
- швидкості руху молекул встановимо на усередненому рівні;
- уявімо стінки судини абсолютно пружними.
Звідси можна вивести формулу, в якій тиск ідеального газу буде являти собою частка від ділення величини сили, що діє перпендикулярно на стінку судини, на площу поверхні, на яку ця сила діє: p = F / S.
У тих же випадках, коли наші спрощення не діють, щоб встановити, як зміниться тиск ідеального газу, в цю просту формулу необхідно буде вводити додаткові значення.
