V-kosmose.com

Происхождение давления

Физика > Происхождение давления

 

Изучите давление в молекулярно-кинетической теории газов. Основы классической механики, движение молекул в газе, как давление появляется в газе, уравнения.

В кинетической теории давление формируется из-за созданной молекулами и атомами силы, влияющей на стены сосуда.

Задача обучения

  • Определить связь давления и средней кинетической энергии молекул газа в виде формулы.

Основные пункты

  • Давление проще всего понять с точки зрения кинетической теории газов: атомы и молекулы существуют в стабильном перемещении.
  • Давление может быть связанным со средней кинетической энергией на молекулу, выступающей макроскопическим свойством: 
  • Частички смещаются в случайных направлениях, поэтому среднее значение квадратичной скорости вдоль каждого направления обязано быть одинаковым: 

Термины

  • Классическая механика – раньше считалась классической механикой, выдвинутой Исааком Ньютоном.
  • Кинетическая теория газов – описывает газ в качестве огромного числа крошечных элементов, пребывающих в случайном перемещении.

Если давление выступает силой, разделенной на площадь, то где ему взяться в газе? Из каких сил оно формируется? Лучше всего рассматривать эти вопросы с точки зрения кинетической теории газов. Она считает, что атомы и молекулы пребывают в нескончаемом случайном перемещении.

Микроскопическое происхождение

Если прибегнуть к кинетической теории, то узнаем, что давление формируется из-за созданной молекулами и атомами силы, оказывающей влияние на стенки сосуда. Присмотримся к газу с молекулами (N) и массами (m), погруженных в кубический сосуд с объемом V = L3. В момент удара молекулы об стену, выступающую в перпендикулярном направлении оси координат х, она отскакивает в противоположную сторону с тем же скоростным показателем. В таком случае импульс:

Реальные газы не всегда по поведению соответствуют идеальному. Размеры атомов гелия относительно интервала отображены в масштабе 1950 атмосфер

Δp = pi,x − pf,x = pi,x − (−pi,x) = 2pi,x = 2mvx (vx – х-компонент начальной скорости частицы).

Элемент влияет на одну конкретную боковую стенку после каждого Δt = 2L/vx (L – дистанция между противоположными стенками). Сила этой частицы:

Выходит, что общая сила на стене:

Частички смещаются в случайных направлениях. Если мы делим векторы скорости в трех взаимно перпендикулярных направлениях, то среднее значение квадратичной скорости должно быть одинаковым.

Получаем:   Силу можно записать как 

Сила влияет на территорию L2, поэтому давление газа:

(V = L3 – объем блока, n = N/V – плотность газа).

Здесь связываются давление и средняя кинетическая энергия на молекулу, выступающей микроскопическим свойством.


Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)