Давление стенки сосуда производят молекулы газа

Анонимный вопрос

30 января 2018 · 5,7 K

Люблю фантастику, вязание, начинающий садовод

Давление газа на стенки сосудов вызывается ударами молекул газа.

У газов нет ни формы ни постоянного объема. Они могут заполнить любой объем.

Количество молекул в каждом кубическом сантиметре увеличивается при сжатии (уменьшается при расширении) от этого число ударов о стенки сосуда увеличивается (уменьшается). Поэтому чем больший сосуд газ заполняет, тем меньше давление и наоборот.

Газ одинаково давит по всем направлениям, как пример -когда надуваешь воздушный шар, то он надувается равномерно.

Если газ находиться в маленьком объеме, то давление на стенки становится огромным, поэтому газ удобнее и безопаснее заключать в специальные прочные стальные баллоны.

Люблю простые слова для вещей, toki pona.

Давление газа вызывается ударами молекул о стенки сосуда, т.к. молекулы хаотически движутся и постоянно соударяются друг с другом и со всеми встреченным препятствиями.

Какое давление на стенки сосуда производят молекулы газа?

бегаю марафоны, люблю Таню

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) идеального газа:

p=1/3 * m0 * n * υ²

Концентрацию молекул газа n находят как отношение числа молекул N к объему газа V:

n = N/V

Тогда имеем:

p=m0 *N * υ²/3V

Произведение массы одной молекулы m0 на количество молекул N по смыслу есть масса газа m, поэтому:

p=m * υ²/3V

Подставив в эту формулу исходные данные, можно вычислить какое давление на стенки сосуда производят молекулы газа.

Прочитать ещё 1 ответ

как очень просто объяснить второй закон термодинамики?

Для начала нужно разобраться, что такое энтропия.

Представьте, что у вас есть ферма, на которой живет 3 овечки. И есть 3 стойла, в каждом помещается только одна овечка.

Сколько вариантов расположения существует? Правильно, всего 6, вот они все перед вами:

А теперь представьте себе, что вы загнали овечек в стойла, ушли, но забыли закрыть загоны. Что происходит? Правильно, овечки разбредаются по ферме и теперь вариантов их расположения уже не 6, а намноооого больше!

Так вот. Энтропия показывает сколькими разными микроскопическими состояниями можно реализовать определенное макроскопическое состояние. В нашем примере она несомненно увеличилась.

Часто говорят, что энтропия характеризует степень беспорядка в системе. В каком-то смысле, во многих случаях можно и так говорить) У нас как раз беспорядка стало больше, это раз. И выполнился второй закон термодинамики, это два.

Звучит он так: в замкнутых системах энтропия не уменьшается. То есть все процессы во Вселенной (в заскнутых системах), идут только с увеличением беспорядка/энтропии (или с равенством), но никогда с уменьшением. Работает этот закон, конечно, больше на поведении молекул в жидкостях, газах, твердых телах.

Прочитать ещё 1 ответ

Как передают давление жидкости, и газы и почему это происходит?

Образование: высшее (бакалавр + магистр). Увлечения: спорт, путешествие, кофе:)

Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля.

В отличие от твёрдых тел отдельные слои и молекулы жидкости или газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем дуновении ветра появляется рябь.

Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передаётся не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа.

Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся в любую точку без изменений во всех направлениях.

Это утверждение называют законом Паскаля.

Источник: https://уроки.мирфизики.рф/?p=842 .

Прочитать ещё 1 ответ

Если броуновское движение – это хаотичное движение молекул, что эти молекулы “толкает”?

Копирайтер для B2B. Пишу яркие продающие тексты на сложные темы.

Под броуновским движением обычно понимают движение мелких частиц в газе или жидкости. Однако из Вашего вопроса следует, что Вы говорите, скорее, об атомах и молекулах самого газа или жидкости. Давайте посмотрим.

Молекулы “толкает” их кинетическая энергия. Для отдельных молекул считать ее было бы слишком долго и не слишком целесообразно, поэтому в реальности вместо подсчета энергий отдельных молекул или атомов используют такой параметр как температура. Т.е. температура – это мера усредненной внутренней энергии молекул или атомов вещества в некотором объеме. Сам по себе атом, конечно, никакой температуры не имеет. Это статистический параметр.

У твердых веществ движение атомов ограничивается межатомными связями. Поэтому атомы твердых тел просто колеблются туда-сюда в рамках кристаллической решетки.

Что касается расхода энергии. Энергия на собственно броуновское движение не расходуется. Но она расходуется в момент столкновения атомов и молекул друг с другом или с атомами сосуда, в котором заключен этот газ или жидкость. Расходуется на что? Она передается молекуле или атому, с которым произошло столкновение. Примерно как бильярдный шар после удара кием приводит в движение другие шары, с которыми сталкивается – передает им энергию. Как следствие, если газ не изолирован от среды, то он постепенно остывает до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой среды, потому что выравниваются энергии молекул газа и среды.

Считается, что броуновское движение прекращается, если опустить температуру – т.е. внутреннюю энергию атомов – до минимума. Однако в этом случае в ход вступают квантовые эффекты, поэтому даже при абсолютном нуле атомы в покое находиться не смогут.

Прочитать ещё 1 ответ

Источник

Какое давление на стенки сосуда производят молекулы газа?

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) идеального газа:

Концентрацию молекул газа n находят как отношение числа молекул N к объему газа V:

Произведение массы одной молекулы m0 на количество молекул N по смыслу есть масса газа m, поэтому:

Сколько молекул находиться в воде массой 72гр?

m воды = 72 г. Ищем количество молекул N
Определяем молярную массу воды:
Мг = 1*2 + 16 = 18.
М = 18 г/моль.
Тогда количество вещества воды: v = m/M = 72/18 = 4 моль.
Число молекул воды: N = vN(A) = 4*6*10^23 = 24*10^23 молекул.

Где N(A) — число Авогадро.
Ответ: в воде массой 72 г содержится 24*10^23 молекул.

Вычислите минимальную скорость метеорита , прежде чем он вошел в атмосферу, его изначальная температура в космосе −300∘С. Ответ в км/час

При вхождении в атмосферу Земли, железный метеорит полностью расплавляется. Вычислите минимальную скорость, которую должен был иметь метеорит, прежде чем он вошел в атмосферу, если его изначальная температура в космическом пространстве составляла−300∘С−300∘С. Ответ представьте в км/с и округлите до десятых

Какой объём займёт 1 кг воздуха при 17 градусах и давлении 101.3 кпа?

Воздух при данных условиях можно рассматривать как идеальный газ. Поэтому для решения задачи можно использовать уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа).

pV=(m/M)RT, где p — давление газа, V — объем газа, R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль*К), m — масса газа, M — молярная масса газа (в данном случае — воздуха), равная 0,029 кг/мол.

Переводим величины в основные единицы СИ

17 градусов = 290 К

101,3 кПа = 101300 Па

Таким образом V = 1 * 8.31 * 290/(0.029 * 101300)

Объясните чайнику: если до Большого взрыва Вселенная была бесконечно мала, то как называлось то пространство, которое ее окружало?

Разум цепляется за привычное. Например, мы привыкли, что все тела падают вниз. Привыкли настолько, что в Англии, на родине Ньютона, еще в девятнадцатом веке огромной общественной популярностью пользовалась книга, в которой «доказывалось», что Земля — плоская, ведь иначе мы бы с нее упали. Раз она плоская, у нее должен быть край. Однако, путешествие Магеллана показало — если плыть все время на запад, то снова приплывешь в Европу, только уже с востока. Итак, Земля — шар, а с тем, что люди на другой стороне ходят «вверх ногами», придется смириться, хоть это и противоречит «здравому смыслу».

Ну, «здравый смысл» с тех пор кое-как примирился с законом всемирного тяготения, но теперь есть новая задача — понять, как Вселенная может быть ограниченной в объеме и при этом не иметь «краев» и чего-то «вне». Что ж, лучшая аналогия — это старые игры, где, выходя за конец экрана, какой-нибудь пэкмен, или диггер, или змейка, или Марио оказывались с противоположного. Для них, таким образом, края экрана не существовало.

Ограниченная по объему трехмерная вселенная — это нечто подобное. Представьте себе: вы находитесь в комнате, у которой как будто две двери в противоположных стенах. Вы открываете дверь и видите такую же комнату и себя со спины, открывающего дверь в следующей стене, за которой видна еще одна комната и еще один вы, и так далее. И за спиной у вас скрипнула дверь — на самом деле та же самая, потому что дверь — одна. И происходит это не потому, что существует бесконечное число вас, а потому что вселенная зациклена сама на себя — просто свет делает несколько кругов по этой вселенной прежде чем достичь ваших глаз. Если в этой нашей вселенной сделать скорость света, к примеру, один метр в секунду, то вы будете видеть себя в другой комнате уже с задержкой в несколько секунд. Теперь добавим еще двери, точнее, одну дверь двум другим стенам комнаты. А теперь — люк в полу и потолке с теми же эффектами.

А теперь — уберем стены, пол и потолок! И увидим многократные копии себя же через равные промежутки пространства. Хотя на самом деле эти копии настолько же реальны, насколько ваше отражение в зеркале — то, что мы видим в зеркале отраженную комнату, отнюдь не значит, что есть еще одна комната.

Поздравляю! Вот вы и очутились во вселенной с ограниченным объемом, но без краев и чего-то «вне». Это лишь один из вариантов, тороидальный. В сферической вселенной вы бы видели размытый образ себя во всем поле зрения — причем, считая, что угол обзора у нас 180°, вы бы видели в упор свой затылок, а в нижнем краю зрения — макушку, в верхнем — подошвы обуви, а по бокам — уши. Но это уже мелочи.

Почему так не происходит в нашей Вселенной? Дело в том, что она расширяется, и достаточно удаленные ее участки улетают от нас быстрее скорости света. В общем, даже если вселенная конечна, свет, испущенный нами или отраженный от нас, просто не имеет возможности к нам возвратиться. Это — большой вариант комнаты.

А теперь рассмотрим противоположный сценарий. Будем сжимать нашу комнату без стен. Вот нам уже в ней неуютно. Вот вы в нее уже не помещаетесь, вас прижимает носом к своему собственному затылку, который вы видите перед собой, и вы чувствуете затылком, как к нему прижало ваш же нос. Вот комната становится размером с атомное ядро. И вот мы приходим в состояние «сразу» после Большого Взрыва. «Сразу» заключено в кавычки, потому что время — это тоже лишь измерение пространства. Так что нет не только «вне» вселенной, но и «до» Большого Взрыва. Ну, то есть, в одной из моделей.

Источник

Давление газа — формула. Формула давления газа в сосуде

Давление является одним из трех основных термодинамических макроскопических параметров любой газовой системы. В данной статье рассмотрим формулы давления газа в приближении идеального газа и в рамках молекулярно-кинетической теории.

Идеальные газы

Каждый школьник знает, что газ является одним из четырех (включая плазму) агрегатных состояний материи, в котором частицы не имеют определенных положений и движутся хаотичным образом во всех направлениях с одинаковой вероятностью. Исходя из такого строения, газы не сохраняют ни объем, ни форму при малейшем внешнем силовом воздействии на них.

В любом газе средняя кинетическая энергия его частиц (атомов, молекул) больше, чем энергия межмолекулярного взаимодействия между ними. Кроме того, расстояния между частицами намного превышают их собственные размеры. Если молекулярными взаимодействиями и размерами частиц можно пренебречь, тогда такой газ называется идеальным.

В идеальном газе существует лишь единственный вид взаимодействия — упругие столкновения. Поскольку размер частиц пренебрежимо мал в сравнении с расстояниями между ними, то вероятность столкновений частица-частица будет низкой. Поэтому в идеальной газовой системе существуют только столкновения частиц со стенками сосуда.

Все реальные газы с хорошей точностью можно считать идеальными, если температура в них выше комнатной, и давление не сильно превышает атмосферное.

Причина возникновения давления в газах

Прежде чем записать формулы расчета давления газа, необходимо разобраться, почему оно возникает в изучаемой системе.

Согласно физическому определению, давление – это величина, равная отношению силы, которая перпендикулярно воздействует на некоторую площадку, к площади этой площадки, то есть:

Выше мы отмечали, что существует только один единственный тип взаимодействия в идеальной газовой системе – это абсолютно упругие столкновения. В результате них частицы передают количество движения Δp стенкам сосуда в течение времени соударения Δt. Для этого случая применим второй закон Ньютона:

Именно сила F приводит к появлению давления на стенки сосуда. Сама величина F от столкновения одной частицы является незначительной, однако количество частиц огромно (≈ 10 23 ), поэтому они в совокупности создают существенный эффект, который проявляется в виде наличия давления в сосуде.

Формула давления газа идеального из молекулярно-кинетической теории

При объяснении концепции идеального газа выше были озвучены основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ). Эта теория основывается на статистической механике. Развита она была во второй половине XIX века такими учеными, как Джеймс Максвелл и Людвиг Больцман, хотя ее основы заложил еще Бернулли в первой половине XVIII века.

Согласно статистике Максвелла-Больцмана, все частицы системы движутся с различными скоростями. При этом существует малая доля частиц, скорость которых практически равна нулю, и такая же доля частиц, имеющих огромные скорости. Если вычислить среднюю квадратичную скорость, то она примет некоторую величину, которая в течение времени остается постоянной. Средняя квадратичная скорость частиц однозначно определяет температуру газа.

Применяя приближения МКТ (невзаимодействующие безразмерные и хаотично перемещающиеся частицы), можно получить следующую формулу давления газа в сосуде:

Здесь N – количество частиц в системе, V – объем, v – средняя квадратичная скорость, m – масса одной частицы. Если все указанные величины определены, то, подставив их в единицах СИ в данное равенство, можно рассчитать давление газа в сосуде.

Формула давления из уравнения состояния

В середине 30-х годов XIX века французский инженер Эмиль Клапейрон, обобщая накопленный до него экспериментальный опыт по изучению поведения газов во время разных изопроцессов, получил уравнение, которое в настоящее время называется универсальным уравнением состояния идеального газа. Соответствующая формула имеет вид:

Здесь n – количество вещества в молях, T – температура по абсолютной шкале (в кельвинах). Величина R называется универсальной газовой постоянной, которая была введена в это уравнение русским химиком Д. И. Менделеевым, поэтому записанное выражение также называют законом Клапейрона-Менделеева.

Из уравнения выше легко получить формулу давления газа:

Равенство говорит о том, что давление линейно возрастает с температурой при постоянном объеме и увеличивается по гиперболе с уменьшением объема при постоянной температуре. Эти зависимости отражены в законах Гей-Люссака и Бойля-Мариотта.

Если сравнить это выражение с записанной выше формулой, которая следует из положений МКТ, то можно установить связь между кинетической энергией одной частицы или всей системы и абсолютной температурой.

Давление в газовой смеси

Отвечая на вопрос о том, как найти давление газа и формулы, мы ничего не говорили о том, является ли газ чистым, или речь идет о газовой смеси. В случае формулы для P, которая следует из уравнения Клапейрона, нет никакой связи с химическим составом газа, в случае же выражения для P из МКТ эта связь присутствует (параметр m). Поэтому при использовании последней формулы для смеси газов становится непонятным, какую массу частиц выбирать.

Когда необходимо рассчитать давление смеси идеальных газов, следует поступать одним из двух способов:

Рассчитывать среднюю массу частиц m или, что предпочтительнее, среднее значение молярной массы M, исходя из атомных процентов каждого газа в смеси;
Воспользоваться законом Дальтона. Он гласит, что давление в системе равно сумме парциальных давлений всех ее компонентов.

Пример задачи

Известно, что средняя скорость молекул кислорода составляет 500 м/с. Необходимо определить давление в сосуде объемом 10 литров, в котором находится 2 моль молекул.

Ответ на задачу можно получить, если воспользоваться формулой для P из МКТ:

Здесь содержатся два неудобных для выполнения расчетов параметра – это m и N. Преобразуем формулу следующим образом:

Объем сосуда в кубических метрах равен 0,01 м 3 . Молярная масса молекулы кислорода M равна 0,032 кг/моль. Подставляя в формулу эти значения, а также величины скорости v и количества вещества n из условия задачи, приходим к ответу: P = 533333 Па, что соответствует давлению в 5,3 атмосферы.

Источник

Как найти среднюю силу давления воды на боковую стенку сосуда?

Расчитать давление жидкости на стенку сосуда, можно по формуле:

pгидр=ρgh2,

где ρ0 — плотность жидкости; g — модуль ускорения свободного падения; h — высота вертикальной стенки сосуда (столба жидкости).

Как рассчитать время заполнения сосуда жидкостью, если при этом она вытекает снизу под своим давлением?

Для скорости вытекания нужно воспользоваться формулой Торричелли.

где h — высота столба жидкости над отверстием

В килограммах в секунд эта скорость вытекания будет равна u = rho*S*v

Отсюда, кстати можно найти максимальную возможную высоту — когда скорость вытекания сравняется с V.

Теперь надо определить, за какое время наполнится до высоты h

Пусть S1 — площадь дна сосуда. Тогда скорость увеличения высоты благодаря втеканию V/(rho*S1) обозначим это константой a

А уменьшение благодаря вытеканию — S*sqrt(2*g*h)/S1. обозначим это все как b*sqrt(h)

Итого, складывая получим диффур

Он с разделяющимися переменными, поэтому легко интегрируется, и если я не наврал, то должно получится так t =

Правда в реальности формула Торричелли не совсем верна и не учитывает вязкость, и втекающий поток если очень сильный, будет создавать дополнительное давление, меняющее скорость.

В каком сосуде на дно оказывается самое большое давление?

TL;DR в узком и высоком.

Чуть подробнее:

Давление (p) на дно сосуда расчитывается по формуле

p = ρgh, где

ρ — плотность жидкости
g — ускорение свободного падения
h — высота

Т.е. на давление напрямую не влияют:
— форма сосуда
— площадь и форма дна
— площадь и форма стенок
— и т.д.

Если же мы имеем фиксированный объем жидкости, и хотим налить её в такой сосуд, чтобы давление было максимальное, то нужно налить её в узкий и высокий сосуд, тогда высота столба жидкости будет максимальная и соответственно будет оказываться максимальное давление на дно.

Как определить массу одной молекулы воды?

Найдем массу одной молекулы воды.

1. Находим молекулярную массу воды: 16*1+1*2=18

2. Молярная масса = 18 г/моль

3. Масса 1 моля воды = 18 г

4. В 1 моле вещества содержится число Авогадро молекул 6,022*10 в 23 степени.

5. Чтобы найти массу одной молекулы, надо молярную массу разделить на число Авогадро, приблизительно будет 2,99*10 в минус 23 степени грамма.

Ответ: масса одной молекулы воды 2,99*10 в минус 23 степени грамма.

2 6 · Хороший ответ

Какой объём займёт 1 кг воздуха при 17 градусах и давлении 101.3 кпа?

Переводим величины в основные единицы СИ

17 градусов = 290 К

101,3 кПа = 101300 Па

Таким образом V = 1 * 8.31 * 290/(0.029 * 101300)

Какое давление в 100-метровом колодце?

Наверно речь все же идет об атмосферном давлении. Тогда надо использовать формулу для давления (P), приведенную к давлению на уровне моря (P₀): P=P₀⋅exp(-Mgh/RT), M — молярная масса воздуха, g — ускорение свободного падения, h — высота над уровнем моря, R- универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура воздуха в Кельвинах. Так как в вопросе нет информации об уровне расположения колодца относительно уровня моря, то формула позволит получить только отношение давлений (P₂/P₁) для разности высот Δh=h₂-h₁=-100 м, не зависящее от высоты расположения колодца (в Гималаях или в Сочи): P₂/P₁=exp(-Δh⋅Mg/RT)≅1.01 для M=0.029 кг/моль, g=9.81 m/c², R=8.31 Дж/моль⋅К, Т=293.15 K. Таким образом, давление увеличиться приблизительно на 1%, в независимости от местоположения колодца (но все же при температуре 20 °C).

Источник