용기 벽의 가스 압력. 돌턴의 법칙 용기 벽의 가스 압력

가스가 어디에 있든, 풍선, 자동차 타이어, 금속 실린더 등에서 가스는 가스가 위치한 용기의 전체 부피를 채웁니다.

가스 압력은 고체 압력과 완전히 다른 이유로 발생합니다. 이는 분자가 용기 벽과 충돌하여 형성됩니다.

용기 벽의 가스 압력

우주에서 혼란스럽게 움직이는 가스 분자는 서로 충돌하고 그들이 위치한 용기의 벽과 충돌합니다. 한 분자의 충격력은 작습니다. 그러나 많은 분자가 있고 고주파로 충돌하여 용기 벽에 함께 작용하여 상당한 압력을 생성합니다. 고체가 가스 속에 있으면 가스 분자의 영향을 받기도 합니다.

간단한 실험을 해보겠습니다. 공기 펌프 벨 아래에 묶인 것을 놓습니다. 풍선공기가 완전히 채워지지 않았습니다. 공기가 거의 없기 때문에 공의 모양이 불규칙합니다. 벨 아래에서 공기를 펌핑하기 시작하면 공이 부풀어 오르기 시작합니다. 시간이 지나면 일반 공 모양이 됩니다.

우리 공은 어떻게 됐나요? 결국 그것은 묶여 있었기 때문에 그 안에있는 공기의 양은 동일하게 유지되었습니다.

모든 것이 아주 간단하게 설명됩니다. 이동하는 동안 가스 분자는 공 외부 및 내부의 껍질과 충돌합니다. 공기가 벨 밖으로 펌핑되면 분자 수가 줄어 듭니다. 밀도가 감소하므로 분자가 외부 껍질에 충돌하는 빈도도 감소합니다. 결과적으로 껍질 외부의 압력이 떨어집니다. 그리고 껍질 내부의 분자 수는 동일하게 유지되므로 내부 압력이 외부 압력을 초과합니다. 가스는 내부에서 껍질 위로 눌러집니다. 그리고 이런 이유로 점차 부풀어 오르며 공 모양을 취합니다.

기체에 대한 파스칼의 법칙

가스 분자는 매우 이동성이 뛰어납니다. 덕분에 압력을 유발하는 힘의 방향뿐만 아니라 모든 방향으로 균일하게 압력을 전달합니다. 압력 전달에 관한 법칙은 프랑스 과학자 Blaise Pascal에 의해 공식화되었습니다. 기체나 액체에 가해지는 압력은 모든 방향의 어느 지점에나 변함없이 전달됩니다." 이 법칙은 평형 상태의 액체와 기체에 대한 과학인 정수역학의 기본 법칙이라고 합니다.

파스칼의 법칙은 다음과 같은 장치의 경험을 통해 확인되었습니다. 파스칼의 공 . 이 장치는 내부에 작은 구멍이 있는 단단한 재질의 공으로, 피스톤이 움직이는 실린더에 연결되어 있습니다. 공이 연기로 가득 차 있습니다. 피스톤에 의해 압축되면 연기가 동일한 흐름으로 볼의 구멍 밖으로 밀려납니다.

가스 압력은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

어디 이자형 린 - 평균 운동 에너지가스 분자의 병진 운동;

N - 분자의 농도

부분 압력. 돌턴의 법칙

실제로 우리는 순수한 가스가 아닌 그 혼합물을 접하는 경우가 가장 많습니다. 우리는 가스가 혼합된 공기를 호흡합니다. 자동차 배기 가스도 혼합물입니다. 순수한 이산화탄소는 오랫동안 용접에 사용되지 않았습니다. 대신 가스 혼합물도 사용됩니다.

가스 혼합물은 내부로 들어 가지 않는 가스의 혼합물입니다. 화학 반응그들 사이.

가스 혼합물의 개별 구성 요소의 압력을 호출합니다. 부분 압력 .

혼합물의 모든 가스가 이상 기체라고 가정하면 혼합물의 압력은 Dalton의 법칙에 의해 결정됩니다. 이상기체화학적으로 상호작용하지 않는 는 부분압력의 합과 같습니다.”

그 값은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

혼합물의 각 가스는 부분압을 생성합니다. 그 온도는 혼합물의 온도와 같습니다.

가스의 압력은 밀도를 변경하여 변경할 수 있습니다. 금속 용기에 더 많은 가스를 펌핑할수록 더 많은 분자가 벽에 부딪히게 되고 압력도 더 높아집니다. 따라서 가스를 펌핑하면 가스가 희박해지고 압력이 감소합니다.

그러나 가스의 압력은 부피나 온도를 변경함으로써, 즉 가스를 압축함으로써 변경될 수도 있습니다. 압축은 기체에 힘을 가하여 수행됩니다. 이 효과의 결과로 차지하는 부피가 감소하고 압력과 온도가 증가합니다.

피스톤이 움직일 때 가스가 엔진 실린더에서 압축됩니다. 생산 과정에서는 최대 수천 기압의 압력을 생성할 수 있는 압축기와 같은 복잡한 장치를 사용하여 압축함으로써 높은 가스 압력이 생성됩니다.

이상기체의 상태 방정식을 도출할 때, 분자는 부피가 있는 상자에 둘러싸인 작은 고체 공으로 간주됩니다. V(그림 8.2) . 단단한 구체의 가정은 분자 사이에 탄성 충돌이 발생한다는 것을 의미합니다. 먼저 상자의 왼쪽 벽에서 반사된 분자 중 하나를 고려해 보겠습니다. 시간이 지남에 따라 벽에 작용하는 평균 힘은 다음과 같습니다.

충돌의 결과로 운동량은 양만큼 변한다.

이 벽과 분자의 충돌 사이의 시간 이후

그러면 한 분자의 측면에서 벽에 평균 힘이 작용합니다.

쌀. 8.2 왼쪽 벽에서 반사된 후 부피가 lS인 용기 내 입자

모든 것이 가능한 완전한 힘 N상자 안의 분자는 벽에 작용하며 다음 식으로 표현됩니다.

모든 입자에 대한 평균 제곱 속도는 어디에 있습니까?

이 값은 일반적으로 축 방향의 제곱평균제곱근 속도라고 합니다. 엑스. 이 비율의 양변을 벽 면적으로 나눕니다. 에스, 우리는 압력을 받습니다

교체해드리겠습니다 S엘볼륨당 V; 그 다음에

이것으로부터 주어진 양의 가스에 대해 생성물이 PV입자의 운동에너지가 변하지 않으면 일정하게 유지됩니다. 식 (8.16)의 우변은 로 쓸 수 있다. 정말,

분자는 여섯 면 모두에서 정확히 동일하게 반사되므로

이제 (8.16)의 수량을 다음과 같이 대체해 보겠습니다.

우리는 결정할 것입니다 절대온도용기 내 분자의 평균 운동 에너지에 정비례하는 값:

(온도의 정의) 여기서 는 입자당 평균 운동 에너지입니다.

비례계수(2 / 3케이)은 상수입니다. 상수값 케이 (볼츠만 상수) 온도 척도의 선택에 따라 달라집니다. 눈금을 선택하는 방법 중 하나는 정상 압력에서 물의 끓는점과 어는점 사이의 온도 간격이 100도(=100)라고 가정한다는 사실에 기초합니다. 에게). 가치 케이물의 성질을 측정하여 결정됩니다. 실험적으로 밝혀진 바는

(볼츠만 상수). (8.18)을 사용하여 (8.17)에서 수량을 제거하면 다음을 얻습니다.

(이상기체 상태방정식).

그러나 뉴턴 역학의 방정식을 개별 분자에 적용, 즉 미시적 수준에서 사용함으로써 거시적 양 사이의 중요한 관계를 도입했습니다. 피, 브이그리고 티(참조.
ref.rf에 게시됨
(8.20)과 (8.7)).

평등(8.20)을 고려하여 이상 기체의 상태 방정식은 다음과 같은 형식으로 다시 작성할 수 있습니다.

어디 N분자의 농도이다. 단원자 가스의 경우 평균 운동 에너지는 병진 운동의 평균 에너지와 일치하므로 식 (8.21)을 다음과 같이 표현합니다.

제품은 병진 운동의 총 에너지를 제공합니다. N분자. ㅎㅎ 압력은 단위 부피의 가스에 포함된 분자의 병진 운동 에너지의 2/3와 같습니다.

정의

압력가스가 담긴 용기에서 분자가 벽에 충돌하여 생성됩니다.

열 운동으로 인해 가스 입자가 때때로 용기 벽에 부딪히게 됩니다(그림 1a). 충격을 받을 때마다 분자는 일정한 힘으로 용기 벽에 작용합니다. 서로 더해지면 개별 입자의 충격력이 용기 벽에 지속적으로 작용하는 특정 압력을 형성합니다. 가스 분자가 용기 벽과 충돌하면 역학 법칙에 따라 탄성체와 상호 작용하고 충격을 용기 벽에 전달합니다 (그림 1, b).

그림 1. 용기 벽의 가스 압력: a) 벽에 혼란스럽게 움직이는 입자의 영향으로 인한 압력의 출현; b) 결과적으로 압력 탄력있는 충격입자.

실제로는 순수 가스가 아닌 혼합 가스를 다루는 경우가 가장 많습니다. 예를 들어, 대기질소, 산소, 이산화탄소, 수소 및 기타 가스의 혼합물입니다. 혼합물에 포함된 각 가스는 가스 혼합물이 용기 벽에 가하는 총 압력에 기여합니다.

가스 혼합물에 유효 돌턴의 법칙:

가스 혼합물의 압력은 혼합물의 각 구성 요소의 부분 압력의 합과 같습니다.

정의

부분 압력- 가스 혼합물에 포함된 가스가 주어진 온도에서 혼합물의 부피와 동일한 부피를 단독으로 차지할 경우 차지할 압력입니다(그림 2).

그림 2. 가스 혼합물에 대한 돌턴의 법칙

분자운동론의 관점에서 볼 때 이상기체의 분자간 상호작용은 무시할 수 있으므로 Dalton의 법칙이 만족됩니다. 따라서 각 가스는 마치 용기에 다른 가스가 없는 것처럼 용기 벽에 압력을 가합니다.

문제 해결의 예

실시예 1

실시예 2

운동	밀폐된 용기에는 산소 1몰과 수소 2몰의 혼합물이 들어 있습니다. 비교하다 부분압력가스(산소 압력) 및 (수소 압력) 모두:
답변	가스 압력은 용기 벽에 분자가 충돌하여 발생하며 가스 유형에 의존하지 않습니다. 열평형 조건에서 가스 혼합물에 포함된 가스의 온도는 다음과 같습니다. 이 경우산소와 수소는 똑같다. 이는 가스의 분압이 해당 가스의 분자 수에 따라 달라짐을 의미합니다. 어떤 물질 1몰에는 다음이 포함되어 있습니다.

수업: 7

수업 프레젠테이션

뒤로 앞으로

주목! 슬라이드 미리보기는 정보 제공의 목적으로만 제공되며 프레젠테이션의 모든 기능을 나타내지 않을 수도 있습니다. 이 작품에 관심이 있으시면 정식 버전을 다운로드하시기 바랍니다.

교과서"물리학. 7 학년." A.V. Peryshkin-M.: Bustard, 2011

수업 유형:연구 활동을 기반으로 결합되었습니다.

목표:

• 물질의 분자 구조의 관점에서 가스에 압력이 존재하는 이유를 확립합니다.
• 알아낼:
• 가스 압력은 무엇에 달려 있습니까?
• 어떻게 바꿀 수 있나요?

작업:

• 가스 압력과 가스가 위치한 용기 벽의 압력 특성에 대한 지식을 개발합니다.
• 분자 운동의 교리, 일정한 질량과 온도에서 부피에 대한 압력의 의존성, 온도 변화에 기초하여 가스 압력을 설명하는 능력을 개발합니다.
• 일반적인 교육 지식과 기술을 개발합니다. 관찰하고 결론을 도출합니다.
• 주제에 대한 관심을 심어주고 학생들의 주의력, 과학적, 논리적 사고력을 키우는 데 기여합니다.

수업을 위한 장비 및 자료:컴퓨터, 스크린, 멀티미디어 프로젝터, 수업용 프레젠테이션, 마개가 달린 플라스크, 삼각대, 알코올 램프, 주사기, 풍선, 마개가 달린 플라스틱 병.

강의 계획:

1. 숙제를 확인 중입니다.
2. 지식을 업데이트 중입니다.
3. 새로운 자료에 대한 설명.
4. 수업에서 다루는 자료를 강화합니다.
5. 강의 요약. 숙제.

수업 중

나는 보고, 듣고, 배울 수 있는 것을 선호합니다. (헤라클레이토스)(슬라이드 2)

- 이것이 우리 수업의 모토입니다.

– 이전 수업에서 우리는 고체의 압력과 압력이 어떤 물리량에 의존하는지 배웠습니다.

1. 다루는 내용의 반복

1. 압력이란 무엇입니까?
2. 압력은 무엇에 달려 있습니까? 단단한?
3. 지지대에 수직으로 가해지는 힘에 따라 압력은 어떻게 달라지나요? 이 의존성의 본질은 무엇입니까?
4. 지원 영역에 따라 압력이 어떻게 달라지나요? 이 의존성의 본질은 무엇입니까?
5. 단단한 몸체가 지지대에 압력을 가하는 이유는 무엇입니까?

질적 작업.

두 경우 모두 지지체에 작용하는 힘과 압력이 동일합니까? 왜?

지식을 확인합니다. 테스트(검증 및 상호 검증)

시험

1. 물리량파스칼(Pa) 차원을 갖는 는 다음과 같이 호출됩니다.

a) 힘; b) 질량; c) 압력; d) 밀도.

2. 압력이 2배 증가되었습니다. 압력은 어떻게 변할까요?

a) 2배 감소합니다. b) 동일하게 유지됩니다. c) 4배 증가할 것이다. d) 2배 증가합니다.

4. 무게가 200N이고 면적이 4m2인 카펫이 바닥에 가하는 압력은 얼마입니까?

a) 50Pa; b) 5Pa; c) 800Pa; d) 80파.

5. 같은 무게의 두 몸이 테이블 위에 놓여 있습니다. 그들은 테이블에 동일한 압력을 가합니까?

2. 지식 업데이트(대화 형식으로)

– 풍선과 비눗방울은 왜 둥글까요?
학생들이 풍선을 부풀립니다.
– 풍선에는 무엇을 채웠나요? (항공으로)풍선에는 또 무엇을 채울 수 있나요? (가스)
- 공을 꽉 쥐는 것이 좋습니다. 공을 쥐어짜는 것을 방해하는 것은 무엇입니까? 공의 껍질에는 무엇이 작용합니까?
– 플라스틱 병을 가져다가 뚜껑을 닫고 짜내보세요.
– 수업에서는 무엇에 대해 이야기할까요?

– 수업 주제: 가스 압력

3. 신소재 설명

고체 및 액체와 달리 가스는 해당 용기 전체를 ​​채웁니다.
팽창을 시도하는 가스는 접촉하는 신체의 벽, 바닥 및 뚜껑에 압력을 가합니다.
(슬라이드 9) 가스가 담긴 강철 실린더 사진; 자동차 타이어 튜브; 공
가스 압력은 지지체에 가해지는 고체의 압력 이외의 다른 이유로 인해 발생합니다.

결론:용기 벽(및 가스에 놓인 본체)의 가스 압력은 가스 분자의 영향으로 인해 발생합니다.
예를 들어, 1초당 1cm 2 면적의 표면에 방의 공기 분자가 충돌하는 횟수는 23자리 숫자로 표현됩니다. 개별 분자의 충격력은 작지만 모든 분자가 용기 벽에 미치는 영향은 상당하며 이로 인해 가스 압력이 발생합니다.
학생들은 교과서를 가지고 독립적으로 작업합니다. 종 아래 고무공을 이용한 실험을 읽어보세요. 이 경험을 어떻게 설명해야 할까요? (p.83 그림 91)

학생들은 경험을 설명합니다.

(슬라이드 11) 자료를 강화하기 위해 경험을 설명하는 비디오 클립을 시청하십시오.

(슬라이드 12) 잠시 휴식을 취하세요. 눈을 위한 운동.

“신비로움은 우리가 누릴 수 있는 가장 아름다운 경험입니다. 실제 과학의 요람에 서있는 것은 바로 이러한 느낌입니다.”

알베르트 아인슈타인

(슬라이드 14) 가스에도 부피가 있나요? 가스의 양을 바꾸는 것이 쉬운가요? 가스가 제공되는 전체 볼륨을 차지합니까? 왜 왜? 가스는 일정한 부피와 모양을 갖고 있나요? 왜?

쌀. 92 페이지 84

(슬라이드 15) 학생들은 주사기로 모델을 만들었습니다. 실험을 수행합니다.
학생들은 다음과 같이 결론을 내립니다. 가스의 질량과 온도가 변하지 않는다면 가스의 부피가 감소하면 압력이 증가하고, 부피가 증가하면 압력이 감소합니다.

(슬라이드 16) 플라스크를 이용한 실험

– 가스를 일정한 양으로 가열하면 압력은 어떻게 변합니까?
가열되면 마개가 플라스크 밖으로 날아갈 때까지 플라스크의 가스 압력이 점차 증가합니다.
학생들은 다음과 같이 결론을 내립니다. 가스 온도가 높을수록, 닫힌 용기의 가스 온도도 높아지고, 가스 질량과 부피가 변하지 않는다면 가스 압력도 높아집니다. (슬라이드 17)

용기에 담긴 가스는 압축되거나 압축되어 부피를 줄일 수 있습니다. 압축 가스는 모든 방향으로 고르게 분포됩니다. 가스를 더 많이 압축할수록 압력은 더 높아집니다.
학생들은 결론을 내립니다. 가스 압력이 증가할수록 분자가 용기 벽에 부딪히는 빈도와 강도가 더 높아집니다.

4. 공과에서 다루는 자료를 강화합니다.

(슬라이드 18) 생각해 보세요

– 가스가 담긴 용기의 부피가 감소하면 가스 분자는 어떻게 되나요?

• 분자가 더 빨리 움직이기 시작합니다
• 분자가 느리게 움직이기 시작합니다
• 가스 분자 사이의 평균 거리가 감소하고,
• 가스 분자 사이의 평균 거리가 증가합니다.

(슬라이드 19) 답변 비교

1. 가스 압력의 원인은 무엇입니까?
2. 왜 가스의 압력은 압축될 때 증가하고 팽창할 때 감소합니까?
3. 가스 압력은 언제 더 높습니까? 차갑거나 뜨겁습니까? 왜?

답 1. 가스 압력은 가스 분자가 용기 벽이나 가스 안에 있는 물체에 충돌하여 발생합니다.
답변 2. 압축하면 가스 밀도가 증가하므로 용기 벽에 분자가 충돌하는 횟수가 증가합니다. 결과적으로 압력도 증가합니다. 팽창하면 가스 밀도가 감소하여 용기 벽에 분자가 충돌하는 횟수가 감소합니다. 따라서 가스 압력이 감소합니다.
답 3. 가스압력은 뜨거울수록 커집니다. 이는 온도가 상승함에 따라 가스 분자가 더 빠르게 움직이기 시작하여 그 영향이 더 빈번하고 강해지기 때문입니다.

(슬라이드 20) 질적 작업. (물리학 문제 모음 V.I. Lukashik, E.V. Ivanova, Moscow "Enlightenment" 2007 p. 64)

1. 자동차 타이어에 공기를 주입할 때마다 펌프 핸들을 움직이는 것이 점점 더 어려워지는 이유는 무엇입니까?

2. 동일한 온도에서 서로 다른 밀폐 용기에 있는 동일한 가스의 질량은 동일합니다. 어느 용기의 가스 압력이 가장 높습니까? 최소? 답을 설명하세요

3. 공의 찌그러진 부분에 대해 설명해보세요

실온의 공

서리가 내린 날 눈 속의 공

수수께끼는 영원히 풀 수 있습니다.
우주는 무한하다.
강의해주신 우리 모두에게 감사드립니다.
그리고 가장 중요한 것은 그것이 나중에 사용된다는 것입니다!

반사.

5. 강의 요약

숙제:제35조