22.02 

Фізика, 10 клас

Тема.  Ідеальний газ як фізична модель. Тиск газів. Основне рівняння МКТ

Опрацювати § 28

Переглянути відео https://youtu.be/hpKL7PrbAHg - Ідеальний газ

                                https://youtu.be/SWL9HGhGEiQ - Основне рівняння МКТ (до 6 хв).

Тиск газу. Ідеальний газ.

Як газ чинить тиск?

Гази, на відміну від твердих тіл і рідин, заповнюють усю посудину, в якій вони містяться, наприклад, стальний балон для зберігання газів, камеру велосипедної шини або футбольного м’яча. При цьому газ чинить тиск на стінки, дно і кришку балона, камери або будь-якого іншого тіла, в якому він міститься.

Якщо спробувати стиснути добре накачану камеру велосипеда, це буде доволі складно зробити, адже дії руки протидіє сила тиску газу, який міститься в камері. Тиск газу зумовлений іншими причинами, ніж тиск твердого тіла на опору.

Візьмемо гумову кульку, зав’яжемо її ниткою і покладемо під ковпак повітряного насоса. Відкачаємо частину повітря з-під ковпака.

Об’єм кульки збільшиться, і вона набуде приблизно сферичної форми. Жодних зовнішніх дій на кульку, які збільшили б її об’єм, немає. Отже, причину такої зміни варто шукати всередині кульки.

При зав’язуванні в ній залишиться певна кількість повітря, яке, очевидно, і створює тиск на стінки кульки. Як пояснити це явище?

При відкачуванні повітря кількість молекул під ковпаком навколо оболонки кульки зменшується. Проте всередині зав’язаної кульки їхня кількість не змінюється.

Тому кількість ударів молекул об зовнішні стінки кульки стає меншою від кількості ударів об внутрішні стінки кулька роздувається доти, поки сила пружності гумової оболонки не дорівнюватиме силі тиску газу. Куляста форма, якої набуває роздута оболонка кульки, свідчить про те, що газ тисне на її стінки в усіх напрямках однаково.

Молекули повітря перебувають у неперервному хаотичному русі.

Сили взаємодії між ними малі, а тому молекули можна вважати повністю вільними. У процесі хаотичного руху молекули заповнюють весь об’єм кульки так, що густина газу в різних точках лишається сталою. Частина молекул стикається зі стінками кульки, змінюючи напрямок свого руху.

Велика кількість таких ударів створює значну силу тиску, яка спричиняє деформацію поверхні. Чим більша кількість молекул стикається з поверхнею стінки, тим більша сила тиску діє на стінку.

Що таке ідеальний газ?

Дослідження властивостей речовини починають з вивчення властивостей газу. Тому, що в газах сили взаємодії між

молекулами мізерно малі. Для спрощення вивчення властивостей газів вважатимемо, що молекули газу не взаємодіють між собою.

Газ, який складається з молекул, які не взаємодіють між собою, називається ідеальним газом.

Крім того, ідеальний газ –- це газ, який складається з молекул, розмірами котрих нехтують, тобто, вважають матеріальними точками.

Модель ідеального газу дає можливість пояснити основні властивості газів і встановити деякі важливі закономірності їхньої поведінки.

Звісно, в природі ідеального газу не існує. Однак за певних умов реально існуючі гази поводяться себе так само, як ідеальні. Атмосферне повітря, наприклад, може вважатися ідеальним газом.

В газах взаємодія між молекулами (при не дуже великих тисках) в десятки мільйонів разів менша, ніж в рідинах і твердих тілах. А це означає, що за цих умов можна знехтувати силами молекулярної взаємодії між частинками, з яких складається газ.

Отож, ідеальний газ –- це газ, який відповідає двом умовам:

    •нехтуємо розмірами молекул;

    •нехтуємо взаємодією молекул між собою.

Якщо говорити про можливість використання цієї моделі для опису властивостей реальних газів, то цю модель коректно використовувати при не високих тисках газу, і не низьких температурах.

Згадаємо про фізичну модель «ідеальний газ» і про важливі закони, які пов’язують макроскопічні і мікроскопічні параметри

Макроскопічні параметри: Об’єм, V, (м3),       Тиск, p, (Па),         Температура, Т, (К)

Мікроскопічні параметри: Маса молекули, Швидкість молекули, Енергія молекули, Імпульс молекули

Пронумеруємо всі N молекул і позначимо 𝑣k швидкість руху молекули з номером k. Домовимося, що горизонтальна риска над позначенням величини означає середнє значення цієї величини.

Основне рівняння МКТ газу

Тиск газу p на внутрішню поверхню посудини – результат ударів по стінках посудини великої кількості молекул. При цьому: 

ДЗ Опрацювати § 28 та конспект уроку.

Також на платформі Всеукраїнська школа онлайн (https://lms.e-school.net.ua) опрацювати уроки 13 і 14, розділу 3 Курсу "Фізика. 10 клас".