Давление идеального газа

Прежде чем вести речь о том, что такое давление идеального газа, следует уточнить само содержание понятия «идеальный газ». А понятие это характеризует математическую модель, универсальную формулу, предполагающую, что распределение потенциальной и кинетической энергии взаимодействующих молекул таково, что величиной потенциальной энергии можно пренебречь. Химико-физический смысл состоит в том, что предполагается абсолютная упругость стенок сосудов, в которых находится газ, а кроме того, признается ничтожной величина сил притяжения молекул, импульсов их удара о стенки сосуда и друг о друга.

Такое понимание сущности идеального газа находит очень широкое применение в области решения проблем термодинамики газов.

В физическом смысле различаются разновидности идеального газа: классический, свойства которого определяются классическими законами механики, и квантовый, характер которого выводится из принципов квантовой механики.

Первым вывел общее уравнение великий французский физик Бенуа Клапейро н. Он же разработал и основные принципиальные положения учения об идеальном газе, которые положены в основу всех современных теорий, изучающих различные газы.

Исходным положением этого учения является вывод о том, что давление идеального газа является величиной неизменной при линейном характере зависимости его объема от температуры. При этом необходимо учитывать некоторые условные допущения:

- диаметр молекулы идеального газа мал до допустимости пренебрежения его величиной-

- импульс между молекулами может передаваться только при соударениях, таким образом, можно пренебречь и силой притяжения между ними-

- суммарная величина энергии молекул газа признается константой, при отсутствии теплообмена и работы, совершаемой над этим газом. В данном случае давление идеального газа зависит от суммы величин импульсов, которые создаются при столкновении молекул со стенками сосуда.

За время существования учения многие ученые занимались исследованием физико-химической природы газов, причем подходы у многих из них были неодинаковые. Это привело к тому, что в физической теории рассматривают классификацию идеального газа с точки зрения тех закономерностей, которые положил в основание своего исследования тот или иной физик – Ферми-газ, Бозе-газ и другие. Так, например, согласно эквивалентному подходу, рассматриваемый газ одновременно удовлетворяет законам и Бойля-Мариотта и Гей-Люссака: pV = bT, где р – давление, Т - абсолютная температура. Формула Менделеева дает уже более пространное представление о свойствах: pV = m/М х RT, где обозначены: R - газовая постоянная, M - молярная масса, m – масса.

Видео: Физика . Давление идеального газа . МКТ. Формулы

Одним из наиболее ранних и разработанных учений о свойствах газов было описание такого свойства как давление идеального газа. Но в этой концепции были некоторые недочеты, связанные с односторонним подходом к исследованию. Так, даже измерив величину давления, мы не сможем выяснить параметры средних значений кинетической энергии каждой из отдельно взятых молекул, а также концентрацию этих молекул в сосуде. Поэтому требуется еще некий параметр, с помощью использования которого можно решить возникшую задачу. В качестве такой величины физиками была предложена температура. Эта скалярная величина в термодинамике дает представление о том, в каком тепловом состоянии находится система и какова ее динамика. Но в теории газов температура имеет важное значение и как молекулярно-кинетический параметр, потому что описывает поведение молекул газа в сосуде, а также отражает их среднюю кинетическую энергию. Это значение называется константой Больцмана.

Чтобы при поиске формулы давления не входить в сложности высшей математики, необходимо искусственно ввести некоторые упрощения:

- форму молекул представим в виде шара-

- расстояние между молекулами представим бесконечно большим, исключающим действие сил притяжения-

- скорости движения молекул установим на усредненном уровне-

- представим стенки сосуда абсолютно упругими.

Видео: ЕГЭ по физике 2016. Задание 8. Давление идеального газа

Отсюда можно вывести формулу, в которой давление идеального газа будет представлять собой частное от деления величины силы, действующей перпендикулярно на стенку сосуда, на площадь поверхности, на которую эта сила действует: p = F/S.

В тех же случаях, когда наши упрощения не действуют, чтобы установить, как изменится давление идеального газа, в эту простую формулу необходимо будет вводить дополнительные значения.