Давление – это показатель, характеризующий отношение силы, действующей на поверхность перпендикулярно ей, к площади этой поверхности.
Отличительным свойством газа является его способность заполнять всю емкость или сосуд в пределах ограниченного пространства. То есть сосуд заполняется газом равномерно. По мере заполнения газ давит на стенки емкости. Если не вдаваться в структурный анализ газа, то можно сказать, что давление газов уравновешено по всему сосуду. Но, учитывая молекулярное строение газа, нельзя говорить о его спокойном состоянии. Молекулы всегда находятся в движении и ударяются о стенки, сталкиваясь друг с другом. В одном месте эти удары могут быть интенсивнее, а в другом - отсутствовать вовсе. Такое передвижение молекул хаотично.
Сталкиваясь с препятствием, молекула воздействует на него с силой, равной произведению массы молекулы на ее скорость. Отталкиваясь от стенки, молекула удваивает данный показатель. Это результат необходимо умножить на количество ударов в секунду, приходящихся на один квадратный сантиметр. Полученный показатель согласно закону Ньютона равен силе, которая воздействует на этот участок, помноженной на время действия. Полученное значение и есть давление газовой смеси.
Какие факторы определяют давление газов?
Самым главным является показатель сжатия газов. Иначе говоря, это количество молекул, которые находятся в данном сосуде. Примером может служить процесс накачивания автомобильных шин.
Второй показатель - это температура газовой смеси. Давление может меняться под воздействием двух факторов одновременно: при изменении температуры или изменении объема. Но каждый из этих показателей оказывает незначительное воздействие на параметры другого фактора. Оптимальное давление газа, то есть его равновесие, происходит при уравновешенных значениях температуры и механического воздействия.
Когда давление газов во всей емкости становится равномерным, наступает механическое равновесие. В этот момент прекращается передвижение в разных частях газовой смеси. Тепловое равновесие наблюдается в момент, когда температура становится одинаковой для разных участков емкости и не происходит теплообмен между частями газа.
Из всего сказанного можно сделать вывод, что давление газов определяется передвижением молекул и ударами их о стенки сосуда. Если уменьшить количество газа в сосуде, то давление увеличится. И, наоборот, при увеличении количества газа в емкости давление уменьшится. Это правило действенно при неизменных показателях температуры и массы газа.
При повышении температуры наблюдается увеличение давления газов. Это происходит только при неизменных показателях массы газа.
Измерение давления газов происходит и без применения формулы. Это необходимо при проведении практических занятий и опытов. Для измерения давления воздуха требуется только показатель атмосферного давления. Чтобы измерить давление газов в герметичной емкости, требуются некоторые вспомогательные приборы: барометр, термометр, весы, манометр.
Воздух тоже является смесью газов. Для измерения давления воздуха можно использовать обыкновенный барометр-анероид. На его шкале используют такие единицы измерения, как атмосфера или миллиметры ртутного столба. Можно использовать и ртутный барометр, который менее удобен, но более точен.
Чтобы измерить давление в закрытой емкости, как правило, используют манометр. Для более точных измерений применяют электронный манометр, на котором можно настроить диапазон измерения.
Если известны основные характеристики газа, то можно воспользоваться формулой для расчета его давления.
