Kjerkoli se plin nahaja: v balonu, avtomobilski gumi ali kovinski jeklenki, zapolni celotno prostornino posode, v kateri se nahaja.
Tlak plina nastane iz povsem drugega razloga kot tlak trdne snovi. Nastane kot posledica trkov molekul s stenami posode.
Tlak plina na stene posode
Med kaotičnim premikanjem v prostoru molekule plina trčijo med seboj in s stenami posode, v kateri se nahajajo. Sila udarca ene molekule je majhna. Ker pa je molekul veliko in trčijo z visoko frekvenco, potem skupaj delujejo na stene posode in ustvarjajo znaten pritisk. Če trdno telo postavimo v plin, je tudi izpostavljeno udarcem molekul plina.
Naredimo preprost poskus. Pod zvon zračne črpalke postavite privezan balon, ki ni popolnoma napolnjen z zrakom. Ker je v njej malo zraka, je žogica nepravilne oblike. Ko začnemo črpati zrak izpod zvona, se žoga začne napihovati. Čez nekaj časa bo dobil obliko navadne žoge.
Kaj se je zgodilo z našo žogo? Navsezadnje je bil vezan, zato je količina zraka v njem ostala enaka.
Vse je razloženo precej preprosto. Med gibanjem molekule plina trčijo v lupino kroglice zunaj in znotraj nje. Če zrak črpamo iz zvona, je molekul manj. Gostota se zmanjša, zato se zmanjša tudi pogostost udarcev molekul na zunanjo lupino. Posledično pade tlak zunaj lupine. In ker število molekul znotraj lupine ostaja enako, notranji tlak presega zunanjega. Plin pritiska z notranje strani na lupino. In zaradi tega postopoma nabrekne in dobi obliko krogle.
Pascalov zakon za pline
Molekule plina so zelo mobilne. Zahvaljujoč temu prenašajo pritisk ne le v smeri sile, ki ta pritisk povzroča, ampak tudi enakomerno v vse smeri. Zakon o prenosu tlaka je oblikoval francoski znanstvenik Blaise Pascal: " Tlak, ki deluje na plin ali tekočino, se prenaša nespremenjen na katero koli točko v vseh smereh" Ta zakon se imenuje osnovni zakon hidrostatike - znanosti o tekočinah in plinih v stanju ravnovesja.
Pascalov zakon potrjujejo izkušnje z napravo, imenovano Pascalova žoga . Ta naprava je krogla iz trdnega materiala z majhnimi luknjicami, ki so povezane z valjem, po katerem se premika bat. Žoga se napolni z dimom. Ko ga bat stisne, se dim potisne iz lukenj krogle v enakih curkih.
Tlak plina se izračuna po formuli:
Kje e lin - povprečna kinetična energija translacijskega gibanja molekul plina;
n - koncentracija molekul
Delni tlak. Daltonov zakon
V praksi se najpogosteje srečujemo ne s čistimi plini, temveč z njihovimi mešanicami. Dihamo zrak, ki je mešanica plinov. Mešanica so tudi avtomobilski izpušni plini. Čisti ogljikov dioksid se že dolgo ne uporablja pri varjenju. Namesto tega se uporabljajo tudi mešanice plinov.
Plinska zmes je zmes plinov, ki med seboj ne kemijsko reagirajo.
Tlak posamezne sestavine plinske mešanice imenujemo delni tlak .
Če predpostavimo, da so vsi plini v zmesi idealni plini, potem tlak zmesi določa Daltonov zakon: »Tlak zmesi idealnih plinov, ki kemično ne medsebojno delujejo, je enak vsoti parcialnih tlakov. ”
Njegova vrednost je določena s formulo:
Vsak plin v mešanici ustvari parcialni tlak. Njegova temperatura je enaka temperaturi zmesi.
Tlak plina lahko spremenimo s spreminjanjem njegove gostote. Več plina kot je načrpanega v kovinsko posodo, več molekul bo udarilo ob stene in višji bo njen pritisk. V skladu s tem s črpanjem plina redčimo in tlak se zmanjša.
Toda tlak plina lahko spremenimo tudi s spremembo prostornine ali temperature, to je s stiskanjem plina. Stiskanje poteka z delovanjem sile na plinasto telo. Zaradi tega učinka se prostornina, ki jo zaseda, zmanjša, tlak in temperatura se povečata.
Plin je med premikanjem bata stisnjen v cilindru motorja. Pri proizvodnji se visok tlak plina ustvari s stiskanjem s kompleksnimi napravami - kompresorji, ki lahko ustvarijo pritisk do nekaj tisoč atmosfer.
Pri izpeljavi enačbe stanja idealnega plina bomo molekule obravnavali kot majhne trdne kroglice, zaprte v škatli z volumnom V(slika 8.2) . Predpostavka o trdih kroglah pomeni, da med molekulami prihaja do elastičnih trkov. Najprej si oglejmo eno tako molekulo, ki se odbije od leve stene škatle. Povprečna sila, ki deluje na steno skozi čas, je enaka
Zaradi trka se gibalna količina spremeni za toliko
Od časa med trkoma molekule s to steno
takrat deluje povprečna sila na steno s strani ene molekule
riž. 8.2 Delec v posodi s prostornino lS po odboju od leve stene
Polna moč, s katero se vse N molekule v škatli delujejo na steno, podano z izrazom
kjer je kvadrat hitrosti, povprečen za vse delce.
To vrednost običajno imenujemo povprečna kvadratna hitrost v smeri osi X. Obe strani tega razmerja delimo s površino stene S, dobimo pritisk
Bomo zamenjali S l na volumen V; Potem
Iz tega je jasno, da je za dano količino plina produkt pV ostane konstantna pod pogojem, da kinetična energija delcev ostane nespremenjena. Desno stran formule (8.16) lahko zapišemo skozi . res,
Ker se molekule popolnoma enako odbijajo od vseh šestih ploskev, torej
V (8.16) nadomestimo količino:
Absolutno temperaturo bomo definirali kot vrednost, ki je neposredno sorazmerna s povprečno kinetično energijo molekul v posodi:
(definicija temperature), kjer je povprečna kinetična energija na delec.
Faktor sorazmernosti (2 / 3k) je konstanta. Konstantna vrednost k (Boltzmannova konstanta) odvisno od izbire temperaturne lestvice. Ena od metod za izbiro lestvice temelji na dejstvu, da se predpostavlja, da je temperaturni interval med vreliščem in zmrziščem vode pri normalnem tlaku enak 100 stopinjam (=100 TO). Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, vrednost k določeno z merjenjem lastnosti vode. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da
(Boltzmannova konstanta). Če z (8.18) izločimo količino iz (8.17), dobimo
(enačba stanja idealnega plina).
Vendar pa smo z uporabo enačb Newtonove mehanike na posameznih molekulah, torej z uporabo na mikroskopski ravni, uvedli pomembno razmerje med makroskopskimi količinami p, V in T(prim.
Objavljeno na ref.rf
(8.20) z (8.7)).
Ob upoštevanju enakosti (8.20) lahko enačbo stanja idealnega plina prepišemo v obliki
Kje n je koncentracija molekul. Ker za enoatomni plin povprečna kinetična energija sovpada s povprečno energijo translacijskega gibanja, enačbo (8.21) predstavimo kot
Produkt daje celotno energijo translacijskega gibanja n molekule. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, tlak je enak dvema tretjinama energije translacijskega gibanja molekul v enoti prostornine plina.
Povedali smo že (§ 220), da plini vedno popolnoma zapolnijo prostornino, omejeno s stenami, neprepustnimi za plin. Tako je na primer jeklena jeklenka, ki se uporablja v tehnologiji za shranjevanje stisnjenih plinov (slika 375), ali zračnica avtomobilske pnevmatike popolnoma in skoraj enakomerno napolnjena s plinom.
riž. 375. Jeklena jeklenka za shranjevanje visoko stisnjenih plinov
Pri poskusu razširitve plin pritiska na stene jeklenke, zračnice ali katero koli drugo telo, trdno ali tekoče, s katerim pride v stik. Če ne upoštevamo vpliva zemeljskega gravitacijskega polja, ki pri običajnih velikostih posod le neznatno spreminja tlak, potem se nam zdi v ravnotežju tlak plina v posodi povsem enakomeren. Ta pripomba velja za makrokozmos. Če si predstavljamo, kaj se dogaja v mikrokozmosu molekul, ki sestavljajo plin v posodi, potem o kakršni koli enakomerni porazdelitvi tlaka ne more biti govora. Ponekod se na površino sten zaletijo molekule plina, drugje udarcev ni; ta slika se ves čas spreminja na neurejen način.
Za poenostavitev predpostavimo, da vse molekule, preden udarijo v steno, letijo z enako hitrostjo, usmerjeno pravokotno na steno. Predpostavili bomo tudi, da je udarec absolutno elastičen. Pod temi pogoji bo hitrost molekule ob udarcu spremenila smer v nasprotno smer in ostala nespremenjena v velikosti. Zato bo hitrost molekule po udarcu enaka . V skladu s tem je gibalna količina molekule pred udarcem enaka , po udarcu pa je enaka ( - masa molekule). Če odštejemo njegovo začetno vrednost od končne vrednosti gibalne količine, dobimo prirastek gibalne količine molekule, ki jo daje stena. Je enaka. Po tretjem Newtonovem zakonu stena prejme impulz, ki je enak .
Če pride do udarcev na enoto časa na enoto površine stene, potem molekule v tem času zadenejo del površine stene. Molekule posredujejo območju v času skupni impulz, ki je po modulu enak . Na podlagi drugega Newtonovega zakona je ta impulz enak produktu sile, ki deluje na območje, in časa. torej
Kje .
Če silo delimo s površino odseka stene, dobimo tlak plina na steni:
Ni težko razumeti, da je število udarcev na časovno enoto odvisno od hitrosti molekul, saj hitreje ko letijo, pogosteje udarjajo ob steno, in od števila molekul na prostorninsko enoto, saj več molekul , večje število udarcev povzročijo. Zato lahko domnevamo, da je sorazmerno z in , tj. sorazmerno z
Za izračun tlaka plina s pomočjo molekularne teorije moramo poznati naslednje značilnosti mikrokozmosa molekul: maso, hitrost in število molekul na prostorninsko enoto. Da bi ugotovili te mikrokarakteristike molekul, moramo ugotoviti, od katerih značilnosti makrokozmosa je odvisen tlak plina, torej eksperimentalno ugotoviti zakonitosti tlaka plina. S primerjavo teh eksperimentalnih zakonov z zakoni, izračunanimi z uporabo molekularne teorije, bomo lahko določili značilnosti mikrokozmosa, na primer hitrost molekul plina.
Torej, ugotovimo, od česa je odvisen tlak plina?
Prvič, tlak je odvisen od stopnje stiskanja plina, to je od tega, koliko molekul plina je v dani prostornini. Na primer s črpanjem vedno več zraka v avtomobilsko pnevmatiko ali stiskanjem (zmanjšanjem glasnosti ) zaprti komori, prisilimo plin, da vedno močneje pritiska na stene komore.
Drugič, tlak je odvisen od temperature plina. Znano je na primer, da žoga postane bolj elastična, če jo držimo blizu segrete pečice.
Običajno spremembo tlaka povzročita oba razloga hkrati: sprememba volumna in sprememba temperature. Možno pa je izpeljati postopek tako, da se ob spremembi volumna temperatura spremeni zanemarljivo ali pa ob spremembi temperature prostornina ostane praktično nespremenjena. Te primere bomo najprej obravnavali, pri čemer smo najprej podali naslednjo opombo. Upoštevali bomo plin v stanju ravnovesja. To pomeni, da je v plinu vzpostavljeno mehansko in toplotno ravnotežje.
Mehansko ravnotežje pomeni, da ni gibanja posameznih delov plina. Za to je potrebno, da je tlak plina v vseh njegovih delih enak, če zanemarimo rahlo razliko v tlaku v zgornji in spodnji plasti plina, ki nastane pod vplivom gravitacije.
Toplotno ravnovesje pomeni, da ni prenosa toplote z enega dela plina na drugega. Za to je potrebno, da je temperatura v celotnem volumnu plina enaka.
Razred: 7
Predstavitev za lekcijo
Nazaj naprej
Pozor! Predogledi diapozitivov so samo informativni in morda ne predstavljajo vseh funkcij predstavitve. Če vas to delo zanima, prenesite polno različico.
Učbenik"Fizika. 7. razred.” A.V. Peryshkin - M.: Bustard, 2011
Vrsta lekcije: združeni na podlagi raziskovalnih dejavnosti.
Cilji:
- ugotoviti razlog za obstoj tlaka v plinih z vidika molekulske zgradbe snovi;
- da ugotovimo:
- od česa je odvisen tlak plina?
- kako lahko to spremeniš.
Naloge:
- razvijati znanje o tlaku plina in naravi pritiska na stene posode, v kateri se nahaja plin;
- razvijati zmožnost razlage plinskega tlaka na podlagi nauka o gibanju molekul, odvisnosti tlaka od prostornine pri stalni masi in temperaturi ter pri temperaturnih spremembah;
- razvijati splošno izobraževalno znanje in spretnosti: opazovati, sklepati;
- prispevajo k vzbujanju zanimanja za predmet, razvoju pozornosti, znanstvenega in logičnega razmišljanja pri učencih.
Oprema in materiali za lekcijo: računalnik, platno, multimedijski projektor, predstavitev k učni uri, bučka z zamaškom, stojalo, alkoholna svetilka, brizga, balon, plastenka z zamaškom.
Učni načrt:
- Preverjanje domače naloge.
- Posodabljanje znanja.
- Razlaga nove snovi.
- Utrjevanje snovi, obravnavane v lekciji.
- Povzetek lekcije. Domača naloga.
MED POUKOM
Raje imam stvari, ki jih je mogoče videti, slišati in se naučiti. (Heraklit)(2. diapozitiv)
- To je moto naše lekcije.
– V prejšnjih urah smo spoznali pritisk trdnih teles in od katerih fizikalnih veličin je tlak odvisen.
1. Ponovitev obravnavane snovi
1. Kaj je pritisk?
2. Od česa je odvisen tlak trdnega telesa?
3. Kako je pritisk odvisen od sile, ki deluje pravokotno na oporo? Kakšna je narava te odvisnosti?
4. Kako je pritisk odvisen od površine podpore? Kakšna je narava te odvisnosti?
5. Kaj je razlog za pritisk trdnega telesa na oporo?
Kvalitativna naloga.
Ali sta sili, ki delujeta na oporo, in pritisk v obeh primerih enaki? Zakaj?
Preverjanje znanja. Testiranje (preverjanje in medsebojno preverjanje)
Test
1. Fizikalna količina z dimenzijo pascal (Pa) se imenuje:
a) moč; b) masa; c) tlak; d) gostota.
2. Silo pritiska smo povečali za 2-krat. Kako se bo spremenil pritisk?
a) se bo zmanjšal za 2-krat; b) bo ostal enak; c) se bo povečalo 4-krat; d) se bo povečal za 2-krat.
4. S kakšnim pritiskom na tla deluje preproga z maso 200 N in površino 4 m2?
a) 50 Pa; b) 5 Pa; c) 800 Pa; d) 80 Pa.
5. Na mizo sta postavljeni dve enako masni telesi. Ali proizvajajo enak pritisk na mizo?
2. Posodabljanje znanja(v obliki pogovora)
– Zakaj so baloni in milni mehurčki okrogli?
Učenci napihnejo balone.
– S čim smo napolnili balone? (Po zraku) S čim še lahko napolniš balone? (plin)
– Predlagam stiskanje žogic. Kaj vam preprečuje, da bi stiskali jajca? Kaj deluje na lupino žoge?
– Vzemite plastične steklenice, jih zamašite in poskusite stisniti.
– O čem bomo govorili v lekciji?
– Tema lekcije: Tlak plina
3. Razlaga nove snovi
Plini za razliko od trdnih snovi in tekočin napolnijo celotno posodo, v kateri se nahajajo.
Plin, ki se poskuša razširiti, pritiska na stene, dno in pokrov katerega koli telesa, s katerim pride v stik.
(Slide 9) Slike jeklenih jeklenk, ki vsebujejo plin; zračnice za avtomobilske pnevmatike; žoga
Tlak plina je posledica razlogov, ki niso pritisk trdnega telesa na nosilec.
Zaključek: Pritisk plina na stene posode (in na telo v plinu) nastane zaradi udarcev molekul plina.
Na primer, število udarcev molekul zraka v prostoru na površino s površino 1 cm 2 v 1 s je izraženo kot triindvajsetmestno število. Čeprav je udarna sila posamezne molekule majhna, je vpliv vseh molekul na stene posode pomemben in ustvarja tlak plina.
Učenci samostojno delajo z učbenikom. Preberi poskus z gumijasto žogo pod zvoncem. Kako razložiti to izkušnjo? (str. 83, slika 91)
Učenci razložijo izkušnjo.
(Slide 11) Oglejte si video posnetek, ki razlaga izkušnjo, da utrdite snov.
(Slide 12) Minuta počitka. Telovadba za oči.
»Občutek skrivnosti je najlepša izkušnja, ki nam je na voljo. To je občutek, ki stoji v zibelki prave znanosti.”
Albert Einstein
(Slide 14) ALI IMAJO PLINI PROSTOR? ALI JE ENOSTAVNO SPREMENITI PROSTORNINO PLINOV? ALI PLINI ZASEDEJO VSO NAMENJENO PROSTORNINO? ZAKAJ ZAKAJ? ALI IMAJO PLINI KONSTANTNO PROSTORNINO IN LASTNO OBLIKO? ZAKAJ?
riž. 92 stran 84
(Slide 15) Učenci so naredili modele iz brizgalk. Izvedba poskusa.
Učenci sklepajo: pri zmanjševanju prostornine plina se poveča njegov tlak, pri povečanju prostornine pa se tlak zmanjša, če ostaneta masa in temperatura plina nespremenjeni.
(Slide 16) Eksperimentirajte z bučko
– Kako se bo spremenil tlak plina, če ga segrevamo pri stalni prostornini?
Pri segrevanju bo tlak plina v bučki postopoma naraščal, dokler zamašek ne odleti iz bučke.
Učenci sklepajo: višja kot je temperatura plina, višja je temperatura plina v zaprti posodi, večji je tlak plina, če se masa in prostornina plina ne spreminjata. (17. diapozitiv)
Pline v posodi je mogoče stisniti ali stisniti, s čimer se zmanjša njihova prostornina. Stisnjen plin se enakomerno porazdeli v vse smeri. Bolj kot plin stisneš, višji bo njegov tlak.
Učenci sklepajo: tlak plina se poveča, čim pogosteje in močneje se molekule zaletavajo v stene posode.
4. Utrjevanje snovi, obravnavane v lekciji.
(Slide 18) Razmislite o tem
– Kaj se zgodi z molekulami plina, ko se prostornina posode, v kateri je plin, zmanjša?
- molekule se začnejo premikati hitreje
- molekule se začnejo premikati počasneje
- povprečna razdalja med molekulami plina se zmanjša,
- povprečna razdalja med molekulami plina se poveča.
(Slide 19) Primerjajte svoje odgovore
- Kaj povzroča pritisk plina?
- Zakaj se tlak plina poveča, ko se stisne, in zmanjša, ko se razširi?
- Kdaj je tlak plina večji: hladen ali vroč? Zakaj?
Odgovor 1. Tlak plina nastane zaradi udarcev molekul plina v stene posode ali v telo v plinu.
Odgovor 2. Pri stiskanju se gostota plina poveča, zato se poveča število udarcev molekul v stene posode. Posledično se poveča tudi pritisk. Pri širjenju se gostota plina zmanjša, kar povzroči zmanjšanje števila udarcev molekul na stene posode. Zato se tlak plina zmanjša
Odgovor 3. Tlak plina je večji, ko je vroč. To je posledica dejstva, da se molekule plina začnejo premikati hitreje z naraščanjem temperature, zato so njihovi udarci pogostejši in močnejši.
(Slide 20) Kvalitativne naloge. (Zbirka problemov iz fizike V. I. Lukashik, E. V. Ivanova, Moskva "Razsvetljenje" 2007, str. 64)
1. Zakaj postaja vedno težje premikati ročico črpalke vsakič, ko črpate zrak v avtomobilsko pnevmatiko?
2. Masi istega plina, ki se nahajata v različnih zaprtih posodah pri isti temperaturi, sta enaki. V kateri posodi je največji tlak plina? Vsaj? Pojasnite svoj odgovor
3. Razloži udrtino na žogi
Žoga pri sobni temperaturi
Žoga v snegu na mrzel dan
Uganke lahko razrešite za vedno.
Vesolje je neskončno.
Hvala vsem za lekcijo,
In glavna stvar je, da se bo uporabljal za prihodnjo uporabo!
Odsev.
5. Povzetek lekcije
Domača naloga:§35
OPREDELITEV
Pritisk v posodi s plinom nastane s trkom molekul ob njeno steno.
Zaradi toplotnega gibanja delci plina občasno zadenejo stene posode (slika 1a). Pri vsakem udarcu molekule z neko silo delujejo na steno posode. Če se medsebojno seštejemo, udarne sile posameznih delcev tvorijo določeno tlačno silo, ki nenehno deluje na steno posode. Ko molekule plina trčijo ob stene posode, z njimi sodelujejo po zakonih mehanike kot elastična telesa in prenašajo svoje impulze na stene posode (slika 1, b).
Slika 1. Tlak plina na steno posode: a) pojav tlaka zaradi udarcev kaotično gibajočih se delcev na steno; b) sila pritiska kot posledica elastičnega udarca delcev.
V praksi se najpogosteje ukvarjajo ne s čistim plinom, temveč z mešanico plinov. Na primer, atmosferski zrak je mešanica dušika, kisika, ogljikovega dioksida, vodika in drugih plinov. Vsak od plinov, vključenih v mešanico, prispeva k skupnemu tlaku, ki ga mešanica plinov izvaja na stene posode.
Velja za mešanico plinov Daltonov zakon:
tlak mešanice plinov je enak vsoti parcialnih tlakov vsake komponente mešanice:
OPREDELITEV
Parcialni tlak- tlak, ki bi ga plin, vključen v mešanico plinov, zasedel, če bi sam zasedel prostornino, ki je enaka prostornini mešanice pri dani temperaturi (slika 2).
Slika 2. Daltonov zakon za mešanico plinov
Z vidika molekularne kinetične teorije je Daltonov zakon izpolnjen, ker je interakcija med molekulami idealnega plina zanemarljiva. Zato vsak plin pritiska na steno posode, kakor da v posodi ne bi bilo drugih plinov.
Primeri reševanja problemov
PRIMER 1
PRIMER 2
| telovadba | Zaprta posoda vsebuje zmes 1 mola kisika in 2 mola vodika. Primerjajte parcialna tlaka obeh plinov (tlak kisika) in (tlak vodika):  |
| Odgovori | Tlak plina nastane zaradi udarcev molekul v stene posode; ni odvisen od vrste plina. V pogojih toplotnega ravnovesja je temperatura plinov, vključenih v mešanico plinov, v tem primeru kisika in vodika, enaka. To pomeni, da so parcialni tlaki plinov odvisni od števila molekul ustreznega plina. En mol katere koli snovi vsebuje  |
