§ 29. Давление идеального газа

Идеальный газ

1. Как вы уже знаете, в газах молекулы располагаются на больших по сравнению с их размерами расстояниях друг от друга. Силы притяжения между ними малы, молекулы взаимодействуют по существу лишь при столкновениях. Между столкновениями они движутся поступательно. Чтобы построить количественную теорию такого газа, необходимо учесть взаимодействия между молекулами, их размеры и т. п. Это трудная задача. Поэтому рассмотрим более простую модель, называемую идеальным газом.

При построении простейшей модели газа пренебрегают размерами его молекул. Это можно сделать исходя из следующих соображений. В 1 м³ газа при нормальных условиях содержится 2,7 • 10²⁵ молекул. Линейные размеры молекулы составляют приблизительно 10^-10 м, объём молекулы равен, следовательно, 10^-30 м³. Соответственно объём всех молекул в 1 м³ газа равен примерно 10^-5 м³ (10 см³). Он мал по сравнению с 1 м3. Поэтому размерами молекул газа можно пренебречь по сравнению с размерами сосуда, в котором он находится, и считать молекулы газа материальными точками.

Кроме того, при построении модели газа учитывают, что расстояния между молекулами газа достаточно велики. Так, расстояние между молекулами водяного пара в 12 раз больше, чем между молекулами воды. Поскольку силы притяжения между молекулами довольно быстро убывают с расстоянием, ими при небольших давлениях можно пренебречь.

При столкновениях молекул между ними действуют силы отталкивания. Поскольку время столкновения молекул значительно меньше времени их движения между столкновениями, можно считать, что большую часть времени молекулы движутся, не взаимодействуя между собой.

Газ, молекулы которого представляют собой материальные точки, не взаимодействующие между собой, называют идеальным.

Идеальный газ — модель, которая так же, как и любая другая модель, имеет определённые границы применимости. В частности, эта модель неприменима при низких температурах и высоких давлениях.

Давление газа

2. Молекулы газа, непрерывно двигаясь, сталкиваются со стенками сосуда, действуя на них с некоторой силой. При ударе о покоящуюся стенку молекула передаёт ей импульс. При этом импульс самой молекулы изменяется.

Давление — параметр макроскопический, т. е. характеризующий макроскопическую систему в целом. Его значение зависит от микроскопических параметров: от массы молекул и скорости их движения.

Продолжение >>>