Как изменится давление газа в цилиндре

Динамика изменения давления газа зависит от причин, вызывающих изменения данной величины, а также от условий, при которых происходит увеличение или уменьшение давления газа. Все эти факторы имеют молекулярную природу.

От чего зависит давление газа

Физический смысл величины давления газа кроется во внутримолекулярных явлениях, происходящих в веществе. Как известно, частицы газа находятся в постоянном беспорядочном движении, называемом броуновским. Каждая частица на пути своей траектории сталкивается как с другими частицами газа, так и со стенками сосуда, в котором находится газ.

Удар молекул о стенки сосуда порождает изменение импульса частицы. Из второго закона Ньютона известно, что изменение импульса материальной точки за некоторый промежуток времени эквивалентен действию некоторой силы, вызывающей данное изменение или порожденное изменением импульса. Определение же величины давления подразумевает отношение силы, действующей на некоторую поверхность, к величине площади данной поверхности.

Таким образом, именно удары молекул о стенки сосуда приводят к появлению давления как макроскопического явления. Отсюда следует и возможность изменения давления газа.

Зависимость давления от температуры

Нагрев или охлаждение вещества газа, в первую очередь, приводит к увеличению или уменьшению скорости движения его частиц, ибо в этом заключается суть величины температуры тела. Изменение скорости приводит к изменениям в перепадах импульса при ударах молекул о стенки сосуда, что порождает смену давления газа.

Однако стоит заметить, что давление в данном случае изменится лишь в том случае, если стенки, ограничивающие сосуд, неподвижные. Если же объем сосуда может изменяться в зависимости от внешних условий, то колебания температуры не приведут к изменениям в давлении газа.

Зависимость от объема

Так как макроскопическое давление газа вызывается суммарным числом ударов о стенки сосуда, то, изменяя количество ударов, можно изменить и величину давления. Такой эффект обнаруживается при изменении объема сосуда, содержащего в себе газ. Чем меньше размер сосуда, тем меньше длина свободного пробега частиц вещества, что приводит к более частым их столкновениям как друг с другом, так и со стенками сосуда. Собственно говоря, крайним случаем уменьшения давления за счет увеличения объема сосуда является мысленный эксперимент по удалению стенок емкости с газом на бесконечные расстояния. В этом случае давление газа стремится к нулю.

Зависимость от концентрации

Концентрация частиц вещества определяется по их количеству, которое приходится на единичный объем. То есть увеличить концентрацию можно, увеличив общее число частиц газа при постоянной величине объема сосуда. Увеличение количества атомов газа вновь приводит к более частым столкновениям и, как следствие, к увеличению давления. Поэтому более разреженные газы имеют меньшее давление и вес.