Как зависит давление газа на стенки сосуда от массы газа

Как зависит давление газа на стенки сосуда от массы газа thumbnail

Анонимный вопрос

30 января 2018  · 4,8 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

По Эйнштейну, чем ближе тело или частица к скорости света, тем огромнее становится его масса. И вот,в Большом адронном коллайдере, протоны и ионы, движутся почти со скоростью света, и что это значит?

Сусанна Казарян, США, Физик

Релятивистской массы нет в природе и, согласно релятивистской механике Эйнштейна, масса остаётся инвариантной и равной массе покоя всегда, независимо от скорости (недоверчивым сюда).

Темп роста энергии частицы (E) с ростом скорости β = v/c (в единицах скорости света c) получен мною здесь. Если тело обладало скоростью β₁ = 0,9 при энергии Е₁, то для достижения скорости β₂ = 0,9…999 (n девятoк после запятой), потребуется энергия E₂ = (3,16)ⁿ⁻¹⋅Е₁. Получается, что с каждой новой девяткой в величине скорости (β), энергия должна быть увеличена в 3,16 раз. Таким образом, неограниченный рост числа девяток (n) в численном значении скорости (β), приводит к неограниченному росту энергии.

Mаксимальная скорость зарегистрированного материального объекта (протона), ускоренного до околосветовых скоростей в космическом пространстве, равна β = 0,9…999 (всего 23 девятки), а соответствующая энергия, E ~ 10¹¹ ГэВ. Области в галактиках и механизмы ускорения до этих скоростей пока неизвестны. Максимальные энергии столкновения протонов, достигнутые на ускорителе БАК (LHC) в ЦЕРН, равны 1,3×10⁴ ГэВ, что в системе отсчёта неподвижной мишени соответствует энергии протона = 9×10⁷ ГэВ или скорости протона β = 0,999 999 999 999 9999 (16 девяток). В обоих случаях масса протона остаётся неизменной и равной массе покоя, 0.938 ГэВ.

Согласно релятивистской механике, со скоростью света (β = 1) могут лететь только безмассовые частицы (фотоны), но и у них есть недостаток − они не могут лететь медленнее.

Прочитать ещё 11 ответов

Как учёные обнаружили, что скорость света — предел?

Все слышали про общую теорию относительности, и все примерно представляют себе ее тезисы. Вспомним один из них.

Время относительно. Это буквально означает, что если двигаться мимо совершенно точных и исправных часов (с любой скоростью), они покажутся вам идущими медленно. Одна секунда на них будет длиться для вас дольше секунды — тем дольше, чем быстрее вы двигаетесь. Но та же одна секунда этих часов будет длиться ровно одну секунду для того, кто в этот момент просто стоит возле них.

Читайте также:  Как лечить мелкие сосуды на лице

То же происходит с пространством. Если вы двигаетесь навстречу шару и каким-нибудь образом успеете на ходу измерить его диаметр, выставив линейку по направлению движения, окажется, что шар для вас стал сплюснутым. Да, верно: тем более сплюснутым, чем быстрее вы двигаетесь.

И вот мы двигаемся все быстрее. Еще быстрее, еще быстрее. Шары на нашем пути сплющиваются, часы на нашем пути замедляются. Они делают это с экспоненциальной скоростью: сначала чтобы заметить разницу нужно разогнаться очень сильно, чуть позже уже малейший прирост в скорости будет давать заметный невооруженным взглядом эффект сжатия. И так до тех пор, пока… пока все шары вокруг вас не станут дисками нулевой толщины с нулевым расстоянием между ними. Пока все часы не остановятся. Расстояние до любого объекта впереди или позади будет равно нулю, секунда на чужих часах будет длиться бесконечно. С вашей точки зрения вы будете находиться во всех точках своей траектории одновременно, а понятие времени или изменения просто исчезнет. Прошлое и будущее, равно как направления «вперед» и «назад» перестанут иметь для вас смысл.

Конечно, сделать этого вы не сможете, потому что у вас есть масса: вы сможете бесконечно приближаться к этой границе, но никогда не достигнете ее. Это асимптота на графиках восприятия пространства и времени. Но у света массы нет, и для него те же графики совпадают с асимптотами.

Строго говоря, называть эту скорость «скоростью света» не совсем точно. Это предел кривизны пространства и времени. Что угодно, не имеющее массы, окажется именно в этом пределе. Свету повезло быть именно такой сущностью, но с тем же успехом мы могли бы назвать эту величину «скоростью немассивных тел».

Свет движется с этой скоростью, потому что у него нет массы, а не сама скорость стала максимальной благодаря свету. Забудьте про свет. Представьте себе, каково быть объектом без массы, для которого перестало существовать время и пространство. Скорость — это расстояние, проходимое в единицу времени. Как можно развить скорость еще выше, когда расстояния и времени для вас уже не существует?

Прочитать ещё 14 ответов

Как тело с большей массой может развить скорость больше, при свободном падении, если ускорение свободного падения действует на все тела ОДИНАКОВО?

Старший научный сотрудник ИНЭОС РАН, химик, музыкант и радиолюбитель

Понятие “ускорение свободного падения” возникает из-за того, что сила гравитации, которая действует на объект пропорциональна массе, в то же время, ускорение, которое этот объект получает, по второму закону Ньютона обратно пропорционально массе. В результате, если бы не было сопротивления воздуха, масса бы сокращалась, и мы имели бы одинаковое ускорение свободного падения для всех тел, независимо от их массы, формы и размеров. Но поскольку сопротивление воздуха присутствует, реальное изменение скорости падающего объекта описывается не только с помощью g, и зависит от формы и размеров объекта, и его массы.

Прочитать ещё 2 ответа

Источник

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.

Читайте также:  Подсолнечное масло и сосуды

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

Давление 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:

P = F/S

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:

F*Δt = Δp

Именно сила F приводит к появлению давления на стенки сосуда. Сама величина F от столкновения одной частицы является незначительной, однако количество частиц огромно (≈ 1023), поэтому они в совокупности создают существенный эффект, который проявляется в виде наличия давления в сосуде.

Формула давления газа идеального из молекулярно-кинетической теории

Зависимость давления от объема

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:

P = N*m*v2/(3*V)

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

Эмиль Клапейрон

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:

P*V = n*R*T

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:

P = n*R*T/V

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.

Читайте также:  Атеросклероз сосудов брахиоцефальной области

Формула давления идеального газа

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

Давление 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:

P = N*m*v2/(3*V)

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

m = M/NA;

n = N/NA;

m*N = M*n;

P = M*n*v2/(3*V)

Объем сосуда в кубических метрах равен 0,01 м3. 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

  • Главная
  • Вопросы & Ответы
  • Вопрос 9023062
Васян Коваль

более месяца назад

Просмотров : 2   
Ответов :    

Ваш ответ:

Комментарий должен быть минимум 20 символов

Чтобы получить баллы за ответ войди на сайт

Как зависит давление газа на стенки сосуда от массы газа

Лучшее из галереи за : неделю   месяц   все время

Как зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газаКак зависит давление газа на стенки сосуда от массы газа

    Как зависит давление газа на стенки сосуда от массы газа

    Другие вопросы:

    Таня Масян

    Каково соотношение между модулями сил F1 действия Солнца на Землю и F2 действия Земли на Солнце? 1) F1=F2 2)F1 3)F1>F2 4)F1>>F2

    более месяца назад

    Смотреть ответ  

    Просмотров : 2   
    Ответов : 1   

    Пармезан Черница

    Напряжение на обкладках конденсатора идеального колебательного контура с течением времени изменяется по закону U=0,1cos1000пt.Определите частоту электромагнитных колебаний v в контуре!

    более месяца назад

    Смотреть ответ  

    Просмотров : 1   
    Ответов :    

    Энджелл

    В опыте по ис­сле­до­ва­нию ЭДС элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции квад­рат­ная рамка из тон­ко­го про­во­да со сто­ро­ной квад­ра­та b на­хо­дит­ся в од­но­род­ном маг­нит­ном поле, пер­пен­ди­ку­ляр­ном плос­ко­сти рамки. Ин­дук­ция поля воз­рас­та­ет за время t по ли­ней­но­му за­ко­ну от 0 до мак­с…

    более месяца назад

    Смотреть ответ  

    Просмотров : 2   
    Ответов : 1   

    Мари Умняшка

    на рисунке 50 да на схема соединения лампы и двух переключателей. рассмотрите схему и подумайте, где можно применить такую проводку.

    более месяца назад

    Смотреть ответ  

    Просмотров : 3   
    Ответов : 1   
    Картинок: 1   

    Таня Масян

    вырази в секунды 14 мин. 27с.

    более месяца назад

    Смотреть ответ  

    Просмотров : 2   
    Ответов : 1   

    Источник