Давление газа

Давление газа — давление, оказываемое на стенки сосуда веществом или смесью веществ, находящихся в газообразном состоянии.

Физическая природа

Давление газа на стенки сосуда обусловлено многочисленными ударами атомов или молекул газа об эти стенки. В случае идеального газа молекулы представляют собой абсолютно упругие шарики, обладающие кинетической энергией:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle E_k^i=\frac{m_iv_i^2}{2}} ,

где Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle E_k^i}  — кинетическая энергия i-й молекулы, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle m_i}  — масса i-й молекулы, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle v_i}  — скорость i-й молекулы идеального газа.

Скорости движения молекул идеального газа тем больше, чем выше внутренняя энергия газа. Мерой внутренней энергии является температура.

В общем случае формула давления газа имеет вид:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle P=\frac{F}{S}} ,

где Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle F}  — сила, действующая со стороны газа на стенки сосуда, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S}  — площадь стенок сосуда.

В зависимости от изменений давления, объёма и температуры, для идеального газа действуют газовые законы (закон Бойля — Мариотта, закон Шарля, закон Гей — Люссака, в обобщённом виде — уравнение Менделеева — Клапейрона.

В случае смеси газов давление на стенки сосудов оказывают молекулы каждого газа, входящего в смесь. Давление отдельного газа в смеси называют парциальным давлением. Для смеси газов справедливы законы Дальтона, согласно первому из которых общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений газов, входящих в газовую смесь. Второй закон Дальтона гласит, что при постоянной температуре растворимость в данной жидкости каждого из компонентов газовой смеси, находящейся над жидкостью, пропорциональна их парциальному давлению.

Давление смеси газов представимо в виде формулы:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle P_{mix}= \frac{\sum_{i=1}^N F_i}{S}} ,

где Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle P_{mix}}  — суммарное давление смеси газов, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle F_i}  — парциальное давление i-го газа на стенки сосуда, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle N}  — число газов в смеси, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle S}  — площадь стенок сосуда.

Литература

• Ландау Л. Д. Курс общей физики : механика и молекулярная физика. — М. : Добросвет : Издательство КДУ, 2011.
• Кикоин А. К., Кикоин И. К. Молекулярная физика : учебное пособие для студентов вузов. — СПб., : Лань, 2016.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. — М. : Физматлит, 2014.

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Давление газа», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Давление_газа» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».