Давление газа

здравствуйте ребята тема которой мы посвятим сегодняшний урок давление газа тема давление газа домашнее задание конспект сегодняшнего видеоурока кроме того по учебнику перышкина внимательно прочитайте параграф 35 и по задачнику лукашика лукашик выполните задание с номерами 462 тире 465 469 и 471 все это письменно с рисунками письмо нас рисунка и так чем отличаются газы жидкости и твердые тела друг от друга у жидкостей и твердых тел есть свой объём твердые тела сохраняют свою форму а газы в отличие от жидкостей и твердых тел не обладают своей формой если мы поместим в какой-то сосуд он займет все пространство этого сосуда весь объем сосуда и вот из-за того что газы занимают весь предоставленный им объем а связано это с тем что молекулы газа практически не взаимодействуют друг с другом механизм давления газов существенно отличается от механизма давления твердых тел и жидкостей чтобы лучше это понять давайте разберемся сначала в деталях как происходит как производится давление твердых тел вот у меня гиря в руках если я ее опускаю на стол под действием силы тяжести гиря продолжала бы двигаться дальше сквозь стол но стол мешает что это значит это значит что молекулы стала приближаются к молекулам из которых сделана гиря в нашем случае молекулы железо или атома железа расстояние между ними уменьшается настолько что между молекулами гири и молекулами стала возникают силы отталкивания мы же знаем что если уменьшить расстояние между молекулами да очень малых значений то между ними возникают силы отталкивания и для твердого тела механизм давление работает следующим образом вот допустим эта поверхность стола твердое тело вот гиря стоит сверху я с огромным преувеличением покажу сейчас молекулы стала вот они условно и молекулы из которых сделана гиря вот они расстояние между молекулами стола и молекулами гири между молекулами твердого тела и молекулами опоры становятся маленькими поскольку под действием силы тяжести гиря хотела бы опуститься и расстояние уменьшается до тех пор пока гирю не удерживают силы отталкивания молекул друга друга значит молекулы гири действуют на молекулы столах эти силы крошечные силы взаимного отталкивания но если вспомнить что количество молекул фантастически большое то эти маленькие силы складываясь дают то что мы называем равнодействующей и это равнодействующая в нашем случае это будет вес и то есть сила давления твердого тела на твердое тело на стол если мы эту силу давления разделен на площадь на площадь вот этого круга мы получим давление которое измеряется в паскалях в газах ситуация совершенно не такая как в твердых телах для того чтобы разобраться в том каким образом газы производят давление на стенки сосуда давайте еще раз вспомним что между собой молекулы газа практически не взаимодействуют но они же не улетают из сосудов которым они заключены значит они все-таки достигают стенок сосуда и потом возвращаются но что означает что молекула достигает стенки сосуда и потом возвращается происходит удар вот допустим стенка сосуда а вот молекула когда молекула попадает стенку сосуда удар приводит к тому что на стенку сосуда молекула действуют какой-то силой эта сила кратковременная здесь у меня с большим преувеличением это сосновая шишка эта сила действует но вы заметили что листик картона отклонился и вот давайте теперь эту мысль развивать дальше сделаем такое устройство фантастическая которая представляет собой в воронку почему собственно фантастическое его можно просто сделать своими руками в воронку сделаем более плавным вот этот изгиб тогда ну вот лучше работать вот так а сюда поместим вот этот самый лист картона и этот лист картона у нас может шарнирно отклоняться вот таким образом и теперь я брошу сюда вот эту самую шишку или допустим можно бросить мячик небольшой этот мячик ударившись отскочит и в результате у нас картонка отклониться под действием одного удара а теперь давайте заменим например вот эту одну большую сосновую шишку или мячик заменим ну например ведерком грецких орехов и будем сыпать сюда эти самые грецкие орехи грецкие орехи один за другим будут ударять а вот эту стенку и в результате удары этих орехов накапливаются условно говоря и вызывают отклонения картонки отклонения вот этой пластины заменим грецкие орехи на горошины этих горошин будет очень много удар от каждой горошинки будет ничтожно слабым но поскольку их много мы можем добиться того что под действием вот этих многочисленных ударов пластина отклониться заменяем горох песком все равно мы уже почти не слышим отдельные удары мы слышим такой звук шипения песка который ударяется об эту пластину под действием вот этих крошечных но многочисленных ударов пластинка будет отклоняться и последнее возьмем самые маленькие частички которые есть в нашем распоряжении частички воздуха который находится например у нас в легких я могу дуть сюда а могу просто подуть вот так вы видите что я молекулы воздуха заставляю ударяться о стенку и в результате на стенку действует сила что это за сила это сила давление газа то есть мы приходим к выводу что давление газа объясняется ударами молекул о стенки сосуда схематически это можно нарисовать так газ вот сосуд молекулы газа ударяются о стенки сосуда и отскакивают от них они движутся хаотично некоторые подлетают почти перпендикулярно некоторые ударяются вот такими вот косыми ударами но в любом случае именно удары молекул являются причиной того что газ производит на стенки сосуда давления хотя на самом деле вы видите что молекулы газа друг с дружкой при этом не взаимодействуют могут не взаимодействовать на самом деле конечно взаимодействие есть это очень короткие удары друг с другом но даже если бы этого не было то все равно производилась бы давление вот здесь микроскопические силы с которыми молекулы газа действуют на стенки сосуда они складываются и получается то что мы называем силой давление разделив эту силу давление на площадь мы получаем давление но возникает вопрос вот у меня лист картона он находится в глазе в воздухе воздух и тоже газ почему же он не отклоняется сейчас да просто потому что с этой стороны и с этой удары молекул газа воздуха в нашем случае друг друга уравновешивают а как убедиться в том что все таки именно удары молекул воздуха оказывают давление вызывают появление давления на стенку для этого надо сделать так чтобы компенсации действия молекул с одной и с другой стороны не было как это сделать а давайте уберем молекулы воздуха с одной стороны от листа что значит уберем молекулы воздуха откачаем воздух устройство для откачки воздуха у нас с вами есть такое устройство называется вакуумный насос вот он стоит мы используем вакуумный насос для того чтобы откачать воздух откуда мы будем откачивать воздух из-под колпака этот кал бак установлен на специальной так называемой вакуумной тарелке здесь у нас резиновая прокладка которая герметизирует вот этот промежуток между нижней частью вакуумного колпака и вакуумной тарелкой вот это устройство называется манометр мы будем позже изучать его принцип действия она измеряет разницу давление воздуха внутри колпака из оружия для того чтобы лучше понимать что происходит мы то что я сейчас вам показал общим планом сейчас укроп нема вот манометр глядя на которой мы сможем судить о разных разницы давлений внутри колпака и снаружи вот вакуумный насос у нас на заднем плане сейчас я присоединю вакуумный насос к вакуумной установки это еще устройство называется вакуумная тарелка или вакуумная установка вот этот кран позволяет соединять этот шланг ведущий к вакуумному насосу с пространством под колпаком для чего нам все это нужно сейчас мы под колпак поместим немного надутый воздушный шарик он очень слабо надут то есть удары молекул внутри шарика о стенки шарика изнутри и о стенки шарика снаружи практически компенсируются сейчас мы поместим этот шарик под вакуумный колпак включим вакуумный насос вы слышите как двигатель заработал мы сейчас ничего не наблюдаем потому что вот этот кран закрыт но давайте откроем его манометр показывает что разница давлений между воздухом внутри и снаружи растет но что мы наблюдаем шариком мы видим что шарик увеличивается в размере давление снаружи то есть удары молекул воздуха снаружи шарика становятся все меньше а внутри шарика молекулы воздуха остаются и уже нарушаются компенсация между ударами молекул снаружи шарика и ударами молекул изнутри и шариф при этом увеличивается в объеме и его объем получается тем или иным за счет того что частично на себя силу давление молекул воздуха снаружи теперь берет сила упругости рaзве вот сейчас давление внутри шарика точнее давление под колпаком примерно две десятых атмосферного давления давления воздуха и ветер sharp раздувается и раздувается если мы сейчас выключен насос сначала закроем теперь выключен и снимем шланг и напустим воздух под колпак то шарик снова уменьшится в размерах и когда разница давлений снаружи и под колпаком станет равна нулю он станет такого же размера как был до начала опыта я пока не могу снять колпак его прижимает давление воздуха снаружи но когда стрелка упадет до нуля колпак можно поднять итак мы с вами доказали что увидеть воочию давление газа можно в том случае если с одной стороны давление больше чем с другой стороны то есть если газ с одной стороны убрать а с другой газ останется от чего же зависит давление газа мы понимаем что давление газа определяется ударами молекул но удары могут быть более многочисленными и менее многочисленными чем больше ударов происходит а стенки сосуда тем больше давления но это еще не все чем больше скорость молекул ударяющихся а стенку сосуда тем больше давления производим а этим газом и вот давайте мы сейчас с вами попробуем изучить вопрос как зависит давление газа от двух факторов допустим у нас есть определенная масса газа то есть какое то количество молекул в ходе тех опытов которые я сейчас буду демонстрировать это количество молекул не меняется газ будет находиться в закрытом сосуде и так пусть масса газа в нашем случае это будет воздух неизменно и зададим себе такой вопрос как давление газа данной массы газа зависит от объема как давление зависит от объема газа при одной и той же массе газа для того чтобы такую зависимость изучить можно использовать вот такую экспериментальную установку допустим у нас есть цилиндра внутри которого находится поршень и этот поршень можно перемещать вверх-вниз верхняя часть цилиндра она открыта и мы на нее наденем упругую пленку резиновую пленку вот я сейчас нарисую края этой пленке вот эта пленочка у нас есть такое устройство вот она я его сейчас крупным планом покажу но перед тем как проводить опыт давайте попробуем предсказать что будет если мы будем изменять объем газа здесь внутри здесь находится какое-то количество молекул допустим условно раз два три 4 5 6 7 8 эти молекулы ударяются о стенки сосуда и в том числе об эту пленку сейчас допустим давление воздуха снаружи и внутри одинаковый и в результате пленка плоская что будет происходить если мы переместим поршень вверх нарисуем такую же картинку только верхняя часть пока рисовать не будем вот цилиндр переместим поршень вверх количество молекул осталось тем же самым раз два три 4 5 6 7 8 но на самом деле их там может быть 8 на 10 в двадцать третьей степени вот эти 8 молекул но посмотрите расстояние между ними уменьшилась молекулы стали ближе друг другу они движутся с теми же самыми скоростями их масса то же самое но количество ударов о стенку и в том числе о нашу пленку стало больше потому что молекуле нужно пройти меньшее расстояние для того чтобы достигнуть стенки в результате давления должно увеличиться и на опыте это будет выглядеть так пленочка должна будет выгнуться наружу и так когда объем уменьшается когда объем уменьшается это приводит к тому что давление газа должно увеличиваться при условии что масса газа неизменно и другие характеристики нужно сразу сказать что речь пойдет о температуре тоже остаются неизменны почему это происходит потому что с уменьшением объема расстояния между молекулами увели уменьшается и в результате увеличивается количество ударов в единицу времени молекула чаще ударяются о стенки сосуда и в том числе о пленку которая служит у нас как говорят индикатором давления а теперь попробуем опыт поставить в противоположном варианте тот же самый поршень мы если раньше мы его перемещали вверх то теперь мы его переместим вниз по-прежнему тут то же самое количество молекул раз два три 4 5 6 7 8 вот они 1 2 3 4 5 6 7 8 посмотрите какое большое расстояние нужно пройти молекулам чтобы достигнуть стенки например вот этой верхней они же движутся с той же самой скоростью 1 расстояние которое нужно проходить молекулам становятся больше то время которое для этого требуется становится больше и удары становятся более редкими и поэтому газ который находится снаружи создаст давление больше чем тот газ который находится внутри и это проявит себя тем что пленка во гнется внутрь вот таким образом и так в этом варианте опыта объем увеличился и это привело к тому что давление уменьшилось то есть при прочих равных условиях чем больше объем газа тем его давление меньше и наоборот если уменьшать объём газа то его давление будет увеличиваться будем только при этом помнить что у нас количество газа его масса число молекул в этих опытах остается неизменным вот эти молекулы никуда не уходят ну давайте убедимся в том что то что я вам рассказал действительно правда вот это устройство мы сейчас рассмотрим покрупнее и поэкспериментируем это обычный шприц этот опыт каждый из вас может проделать дома шприц на 20 милилитров закрыт пленкой из воздушного шарика точно такого же с которой мы сейчас экспериментировали с помощью вакуумной установки сейчас верхушка этого устройства плоское видите резиновая пленка плоская сейчас мы с вами уменьшим объем перемещая поршень вверх смотрите что происходит с резиновой пленкой пленка надувается то есть при уменьшении объема давление увеличивается и теперь давление внутри шприца стало больше чем давление воздуха в комнате снаружи шприца и это разница давлений заставила пленку резиновую выгнуться вверх а теперь давайте неменьшим давлением как увеличив объем воздуха внутри этого шприца вы видите что пленочка резиновая втянулась внутрь шприца при этом объем ведь он и сейчас 15 миллилитров при 12 она плоская 3 где-то 12 с половиной а при давлении а при объеме меньше чем 12 при объеме в 10 миллилитров пленка выгибается наружу и так мы с вами доказали что при уменьшении объема давление возрастает при увеличении уменьшается а теперь подумаем вот о чём мы же можем не менять объема а изменять температуру газа нагревая его или охлаждая зададим себе вопрос как давление данной массы газа зависит от температуры допустим у нас есть сосуд с газом при низкой температуре и сосуд с тем же самым газом в том же количестве при высокой температуре низкая температура высокая температура вот мы условно изобразим вот такой нагреватель свечечку такое при низкой температуре как и при высокой температуре давление газа обусловлено ударами молекул количество молекул газа здесь и здесь одно и то же по условию задачи объем в отличие от предыдущего опыта и здесь и здесь один и тот же мы его не меняем значит расстояние между молекулами остается тем же самым что же меняется когда мы увеличиваем температуру газа чем отличается горячее тело от холодного вспомним при увеличении температуры становятся более быстрыми такие процессы как диффузия броуновское движение о чем это говорит это говорит о том что с ростом температуры молекулы начинают двигаться быстрее следовательно во-первых увеличивается число ударов молекул при увеличении температуры потому что молекулы движутся быстрее к тому же если молекула движется наш то сила удара будет слабая а если молекула движется быстро то сила удара будет большая значит при увеличении температуры давление должно увеличиваться по двум причинам сразу во первых увеличивается число ударов молекул о стенки сосуда во вторых увеличивается сила удара ну давайте покажем схематически молекулы газа при низкой температуре движется медленно вот вектор скорости я покажу короткой стрелкой поэтому сила удара слабенькая от одной молекулы таких ударов очень много но они слабы и если же температура высокая то молекула имеет большую скорость и ударяет с большей силой о стенку сосуда при отскоке кроме того увеличивается число ударов молекул и то и другое приводит к увеличению давления следовательно мы можем записать при увеличении температуры температуру мы будем обозначать буквой т при увеличении температуры во первых увеличивается количество ударов молекул количество растет количество ударов молекул во вторых при увеличении температуры увеличивается скорость движения молекул значит сила ударов тоже растет оба этих фактора обе этих причины приводят к одному и тому же следствием давление газа увеличивается с ростом температуры он давайте убедимся в том что это так то же с помощью опыта вот эта колба закрыто воздушным шариком я просто натянул на горловину колбы воздушный шарик сейчас мы эту колбу поместим в кастрюлю чтобы было лучше видно дадим крупный план поднимем немножечко камеру чтобы было видно верхушку вот так можно даже вот так и сейчас я повышу температуру воздуха внутри колбы 100 напросто наливая в эту кастрюлю горячую воду вот в этом чайнике горячая вода давайте посмотрим что будет с вот этим с этой крышечкой с этой пленочкой резинки сейчас видите это просто воздушный шарик он сейчас даже частично втянуться внутрь а поясок этого шарика натянут на горловину колбы здесь есть такая небольшая небольшой такой воротничок и так помещаем это все сюда даем чуть более крупный план и наливаем горячую воду в колбу нетрудно видеть что давление настолько заметно возросло что шарик просто-напросто надулся шарик просто-напросто нагнулся нукаба пытается всплыть понятное дело но теперь ни у кого не вызывает сомнений что при увеличении температуры давление газа становится больше если сейчас убрать горячую воду и замените ее холодный наберем воды просто из под крана [аплодисменты] то воздух будет остывать и как вы видите шарик сдувается и даже вы увидите его даже втягивает внутрь колбой итак вывод при увеличении температуры давление данной массы газа становится больше и физика этого процесса состоит в том что при увеличении температуры увеличивается и число ударов молекул о стенки сосуда и сила этих ударов вот что я хотел вам рассказать сегодня на данном уроке всего вам доброго не забудьте про домашнее задание она на доске