Свойства газов физика 7 класс кратко
Обновлено: 08.07.2024
Газом называют агрегатное состояние вещества, в котором все его частицы (атомы, молекулы) слабо взаимодействуют между собой и, двигаясь, заполняют весь предоставляемый ему объем. Основным свойством газа является его способность полностью заполнить сосуд, в котором он находится.
Идеальный газ - газ, для которого энергия взаимодействия между молекулами пренебрежимо мала по сравнению с кинетической энергией их хаотичного (теплового) движения. Уравнение состояния для n молей идеального газа, занимающего объем V при температуре Т и давлении р, имеет вид: pV = n • R • T, где R - газовая постоянная (уравнение Клапейрона - Менделеева).
В настоящем разделе кратко изложены некоторые общие сведения, касающиеся физических свойств газов. Конкретные физические свойства газов находятся здесь. Эти подразделы будут постепенно пополняться новой информацией, которая, возможно, окажется полезной инженерам и конструкторам при проведении расчётов.
Плотность газа
Килограмм на кубический метр [кг/м 3 ] равен плотности однородного газообразного вещества, масса которого при объёме 1 м 3 равна 1 кг.
dm - масса элемента газа, объёмом dV;
dV - объём элемента газа.
Динамическая вязкость газа
F - сила внутреннего трения газа.
ΔS - площадь поверхности слоя газа, на которую рассчитывается сила внутреннего трения.
- величина, обратная градиенту скорости газа.
Паскаль-секунда [Па • с] равна динамической вязкости газа, касательное напряжение в которой при ламинарном течении на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости, равно 1 Па.
Кинематическая вязкость газа
μ - динамическая вязкость газа;
ρ - плотность газа;
Квадратный метр на секунду [м 2 /с] равен кинематической вязкости газа с динамической вязкостью 1 Па с и плотностью 1 кг/м 3 .
Коэффициент теплопроводности газа
S - площадь поверхности;
Q - количество теплоты [Дж], перенесённое за время t через поверхность площадью S.
- величина, обратная градиенту температуры газа.
Ватт на метр-Кельвин [Вт/(м • К)] равен коэффициенту теплопроводности газа, в котором при стационарном режиме с поверхностной плотностью теплового потока 1 Вт/м 2 устанавливается температурный градиент 1 К/м.
Теплоемкость газа
dQ - количество теплоты, необходимое для нагревания газа;
dT - разность температуры.
Джоуль на Кельвин [Дж/К] равен теплоемкости газа, температура которого повышается на 1 К при подведении к нему количества теплоты 1 Дж.
Удельная массовая теплоемкость газа при постоянном давлении
Джоуль на килограмм-Кельвин [Дж/(кг • К)] равен удельной теплоемкости газа, имеющего при массе 1 кг теплоемкость 1 Дж/К.
Температуропроводность газа
λ - теплопроводность газа;
Cp - удельная массовая теплоемкость газа.
ρ - плотность газа.
Квадратный метр на секунду [м 2 /с] равен температуропроводности газа с коэффициентом теплопроводности 1 Вт/(м К), удельной теплоемкостью при постоянном давлении 1 [Дж/(кг • К) и плотностью 1 кг/м 3 .
Говорят, что нет предела совершенству — но газ бывает идеальным. Сегодня мы узнаем, что эта физическая модель из себя представляет и как ее использовать.
О чем эта статья:
Газ: агрегатное состояние
У веществ есть три агрегатных состояния — твердое, жидкое и газообразное.
Их характеристики — в таблице:
Агрегатные состояния
Свойства
Расположение молекул
Расстояние между молекулами
Движение молекулы
Твердое
сохраняет форму и объем
в кристаллической решетке
соотносится с размером молекул
колеблется около положения равновесия в кристаллической решетке
Жидкое
сохраняет объем и текучесть
близко друг к другу
молекулы малоподвижны, при нагревании скорость движения увеличивается
Газообразное
занимает весь предоставленный объем
больше размеров молекул
хаотичное и непрерывное
В жизни мы встречаем вещества в газообразном состоянии, когда чувствуем запахи. Запах очень легко распространяется, потому что газ не имеет ни формы, ни объема (занимает весь предоставленный объем) и состоит из хаотично движущихся молекул, расстояние между которыми больше, чем размеры молекул.
Агрегатных состояний точно три?
На самом деле есть еще четвертое — плазма. Звучит как что-то из научной фантастики, но это просто ионизированный газ — газ, в котором, помимо нейтральных частиц, есть еще и заряженные. Ионизаторы воздуха как раз строятся на принципе перехода из газообразного вещества в плазму.
Модель идеального газа
В физике есть такое понятие, как модель. Модель — это что-то идеализированное, она нужна в случаях, когда можно пренебречь некоторыми параметрами объекта или процесса.
Идеальный газ — это модель реального газа. Молекулы идеального газа представляют собой материальные точки, которые не взаимодействуют друг с другом на расстоянии, но взаимодействуют при столкновениях друг с другом или со стенками сосуда. При работе с идеальным газом можно пренебречь потенциальной энергией молекул (но не кинетической).
Модель идеального газа не может описать ситуацию, когда газ сжимают так сильно, что он конденсируется — переходит в жидкое состояние.
В повседневной жизни идеальный газ, конечно, не встречается. Но реальный газ может вести себя почти как идеальный. Такое случается, если среднее расстояние между молекулами во много раз больше их размеров, то есть если газ очень разреженный.
Свойства идеального газа
Расстояние между молекулами значительно больше размеров молекул.
Молекулы газа очень малы и представляют собой упругие шары.
Силы притяжения между молекулами пренебрежимо малы.
Молекулы взаимодействуют только при соударениях.
Молекулы движутся хаотично.
Молекулы движутся по законам Ньютона.
Среднеквадратичная скорость
Потенциальной энергией молекул газа пренебречь можно, а вот кинетической — никак нельзя. Потому что кинетическая энергия — это энергия движения, а мы не можем пренебрегать скоростью движения молекул.
На графике показано распределение Максвелла — то, как молекулы распределяются по скоростям. Судя по графику, большинство молекул движутся со средним значением скорости. Хотя есть и быстрые, и медленные молекулы, просто их значительно меньше.
Но наш газ идеальный, а в идеальном газе случаются чудеса. Одно из таких чудес — то, что все молекулы идеального газа двигаются с одинаковой скоростью. Эта скорость называется средней квадратичной.
Средняя квадратичная скорость
vср. кв. — средняя квадратичная скорость [м/с]
v1, v2, vn — скорости разных молекул [м/с]
N — количество молекул [—]
Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!
Давление идеального газа
Молекулы газа беспорядочно движутся. Во время движения они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором этот газ находится. Поскольку молекул много, ударов тоже много.
Например, в комнате, в которой вы сейчас находитесь, за одну секунду на каждый квадратный сантиметр молекулы воздуха наносят столько ударов, что их количество выражается двадцатитрехзначным числом.
Хотя сила удара отдельной молекулы мала, действие всех молекул на стенки сосуда приводит к значительному давлению. Представьте, что комар пытается толкать машину — она не сдвинется с места. Но если за работу возьмется пара сотен миллионов комаров, то машину получится сдвинуть.
Эксперимент
Чтобы смоделировать давление газа, возьмите песок и лист бумаги, зажатый между двумя книгами. Песчинки будут выступать в роли молекул газа, а лист — в роли сосуда, в котором этот газ находится. Когда вы начинаете сыпать песок на лист бумаги, бумага отклоняется под воздействием множества песчинок. Так же и молекулы газа оказывают давление на стенки сосуда, в котором находятся.
Зависимость давления от других величин
Зависимость давления от объема
В механике есть формула давления, которая показывает, что давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади, на которую эта сила оказывается.
Давление
p = F/S
F — сила [Н]
S — площадь [м 2 ]
То есть если наши двести миллионов комаров будут толкать легковую машину, они распределятся по меньшей площади, чем если бы толкали грузовой автомобиль, — просто потому, что легковушка меньше грузовика. Из формулы давления следует, что давление на легковой автомобиль будет больше из-за его меньшей площади.
Рассмотрим аналогичный пример с двумя сосудами разной площади.
Давление в левом сосуде будет больше, чем во втором, потому что его площадь меньше. А раз меньше площадь сосуда, то меньше и его объем. Значит, давление зависит от объема следующим образом: чем больше объем, тем меньше давление, и наоборот.
При этом зависимость будет не линейная, а примет вот такой вид (при условии, что температура постоянна):
Зависимость давления от объема называется законом Бойля-Мариотта. Она экспериментально проверяется с помощью такой установки:
Объем шприца увеличивают с помощью насоса, а манометр измеряет давление. Эксперимент показывает, что при увеличении объема давление действительно уменьшается.
Зависимость давления от температуры
Рассмотрим зависимость давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Исследования в этой области впервые провел французский изобретатель Жак Шарль в XVIII веке.
В ходе эксперимента газ нагревали в большой колбе, соединенной с ртутным манометром в виде узкой изогнутой трубки. Незначительным увеличением объема колбы при нагревании можно пренебречь, как и столь же незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке. Таким образом, объем газа можно считать неизменным.
Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, ученый измерял температуру газа термометром, а давление — манометром.
Эксперимент показал, что давление газа увеличивается с увеличением температуры. Это связано с тем, что при нагревании молекулы газа движутся быстрее, из-за чего чаще ударяются о стенки сосуда.
С температурой все проще. Зависимость давления от температуры при постоянных объеме и массе будет линейной:
Эта зависимость называется законом Шарля в честь ученого, открывшего ее.
Основное уравнение МКТ
Основная задача молекулярно-кинетической теории газа заключается в том, чтобы установить соотношение между давлением газа и его микроскопическими параметрами: массой молекул, их средней скоростью и концентрацией. Это соотношение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории газа или кратко — основным уравнением МКТ.
В основе молекулярно-кинетической теории лежат три положения.
Все вещества образованы из мельчайших частиц — молекул, которые состоят из атомов.
Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, то есть состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.
Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
Частицы взаимодействуют друг с другом силами, которые имеют электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.
Мы уже выяснили, что причина давления газа на стенки — это удары молекул. Давление напрямую зависит от количества молекул — чем их больше, тем больше ударов о стенки и тем больше давление. А количество молекул в единице объема — это концентрация. Значит, давление газа зависит от концентрации.
Также давление пропорционально квадрату скорости, так как чем больше скорость молекулы, тем чаще она бьется о стенку сосуда. Расчеты показывают, что основное уравнение молекулярно-кинетической теории для идеального газа имеет следующий вид.
Основное уравнение МКТ
p = nkT
p — давление газа [Па]
n — концентрация [м −3 ]
T — температура газа [К]
m 0 — масса одной молекулы [кг]
v — средняя квадратичная скорость [м/с]
Коэффициент 1/3 обусловлен трехмерностью пространства: во время хаотического движения молекул все три направления равноправны.
Важный нюанс: средняя квадратичная скорость сама по себе не в квадрате! Ее формула указана выше, а в основном уравнении МКТ (да и не только в нем) она возведена в квадрат. Это значит, что формулу средней квадратичной скорости нужно подставлять не вместо v 2 , а вместо v — и потом уже возводить эту формулу в квадрат. Это часто провоцирует путаницу.
Мы знаем, что кинетическая энергия вычисляется по следующей формуле:
Кинетическая энергия
Ек = mv 2 /2
Ек — кинетическая энергия [Дж]
m — масса тела [кг]
v — скорость [м/с]
Для молекулы газа формула примет вид:
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы
Ек — средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы [Дж]
m0 — масса молекулы [кг]
v — скорость молекулы [м/с]
Из этой формулы можно выразить m0v 2 и подставить в основное уравнение МКТ. Подставим и получим, что давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.
Основное уравнение МКТ
p — давление газа [Па]
n — концентрация [м −3 ]
E — средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы [Дж]
Хранение и транспортировка газов
Если нужно перевезти значительное количество газа из одного места в другое или если газ необходимо длительно хранить, его помещают в специальные прочные металлические сосуды. Из-за того, что при уменьшении объема увеличивается давление, газ можно закачать в небольшой баллон, но он должен быть очень прочным.
Сосуды, предназначенные для транспортировки газов, выдерживают высокие давления. Поэтому с помощью специальных насосов (компрессоров) туда можно закачать значительные массы газа, которые в обычных условиях занимали бы в сотни раз больший объем.
Поскольку давление газов в баллонах даже при комнатной температуре очень велико, их ни в коем случае нельзя нагревать. Например, держать под прямыми лучами солнца или пытаться сделать в них отверстие — даже после использования.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Описание презентации по отдельным слайдам:
свойства газов 7 класс, О.Ф. Кабардин
Цель урока Сформировать представление о свойствах газа Исследовать зависимость объема газа от давления при постоянной температуре
Молекулы далеко расположены друг от друга Расстояния между молекулами значительно превышают размеры молекул
Молекулы хаотически движутся
Скорость движения молекул зависит от температуры
Броуновское движение в газах
Молекулы взаимодействуют между собой
Разные вещества переходят в газообразное состояние при различных температурах
У газов нет собственной формы, но они занимают весь предоставленный им объём Молекулы газа разлетаются в разные стороны до бесконечности, но их движение могут ограничить стенки сосуда или действие сил гравитационного притяжения
Удары молекул о стенки сосуда создают давление газа
При уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается (если масса и температура не изменяются). От чего зависит давление газа?
От чего зависит давление газа? Если нагревать газ при постоянном объеме, его давление увеличиться.
При нагревании газа при постоянном давлении его объем увеличивается.
Решение задач. Из баллона медленно выпустили половину газа. Как изменилось давление газа в баллоне? Объясните почему. Ответ: Так как молекул стало в 2 раза меньше, значит и число ударов о стенки сосуда стало в 2 раза меньше. Таким образом, давление газа уменьшится в 2 раза.
Решение задач. Массы одного и того же газа в двух одинаковых закрытых сосудах одинаковы. Один из этих сосудов находится в теплом помещении, а другой – в холодном. В каком из сосудов давление газа больше? Почему? Ответ: При прочих равных условиях давление газа определяется скоростью движения его молекул. Температура газа в баллоне, находящемся в теплом помещении, выше. Поэтому и давление газа в этом сосуде выше.
Домашнее задание: Прочитать параграф 27 учебника Ответить на вопросы параграфа
- подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- по всем предметам 1-11 классов
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam
- Курс добавлен 31.01.2022
- Сейчас обучается 29 человек из 18 регионов
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Дистанционные курсы для педагогов
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
5 611 962 материала в базе
- ЗП до 91 000 руб.
- Гибкий график
- Удаленная работа
Самые массовые международные дистанционные
Школьные Инфоконкурсы 2022
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Другие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
- 21.02.2017 3257
- PPTX 1.2 мбайт
- 85 скачиваний
- Рейтинг: 4 из 5
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Карпук Ирина Леонидовна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Автор материала
40%
- Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- Для учеников 1-11 классов
Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов
Дистанционные курсы
для педагогов
663 курса от 690 рублей
Выбрать курс со скидкой
Выдаём документы
установленного образца!
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
Новые курсы: преподавание блогинга и архитектуры, подготовка аспирантов и другие
Время чтения: 16 минут
В Россию приехали 10 тысяч детей из Луганской и Донецкой Народных республик
Время чтения: 2 минуты
ГИА для школьников, находящихся за рубежом, может стать дистанционным
Время чтения: 1 минута
Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России
Время чтения: 1 минута
Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ
Время чтения: 1 минута
Онлайн-тренинг: нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Вы уже знаете, что вещество может находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. Рассмотрим сначала вещества в газообразном состоянии, то есть газы. Пример газа — окружающий нас воздух.
Как убедиться в существовании воздуха? Чтобы почувствовать воздух, дуньте на руку или подставьте лицо ветру. В том, что воздух окружает нас, можно убедиться также с помощью следующего простого опыта.
Рис. 7.1. Мы дышим воздухом, он наполняет паруса кораблей, а на восходящих потоках воздуха парят облака, птицы и дельтапланы
Поставим опыт
Переверните пустую банку вверх дном и медленно опускайте ее в воду, держа вертикально (рис. 7.2). Вы увидите, что уровень воды внутри банки понижается, как будто что-то мешает воде заполнять банку. Это воздух, который остался в банке. Если наклонить банку, воздух начнет выходить из нее пузырьками, а уровень воды внутри банки начнет подниматься. Так что пустая банка не совсем пуста: она наполнена воздухом!
Какие еще опыты и наблюдения доказывают существование воздуха?
Главное свойство газа. Можно ли наполнить воздухом только половину воздушного шарика или мяча, если внутри него нет перегородок? Каждый, кто надувал шарик или накачивал мяч, знает, что нельзя: воздух заполняет весь шар или мяч. А вот заполнить, например, стакан водой только до половины — можно. Итак, газ занимает весь предоставленный ему объем.
Сжимаемость газа. Мы уже отмечали, что сжать твердое тело или жидкость очень трудно. А газ сжать легко: в этом можно убедиться, сжимая руками не сильно накачанный мяч или воздушный шарик (рис. 7.3, а). Вот второе отличие газов от жидкостей и твердых тел: газы легко сжимаемы.
Туго накачанный футбольный мяч трудно сжать руками. Как убедиться, , что он все-таки наполнен воздухом? Подсказка: мяч старый - ради опыта его не жалко.
Рис. 7.3. Сжимаемость газов и ее объяснение: а — опыт показывает, что газ легко сжимаем; б — это свойство газа объясняется его молекулярным строением: расстояния между молекулами намного больше самих молекул
А то, что газ заполняет весь предоставленный ему объем, означает, что молекулы в газах хаотически движутся и слабо взаимодействуют друг с другом.
Действительно, не будучи связаны друг с другом и двигаясь хаотически во всех направлениях, молекулы газа разлетаются по всему сосуду.
На рис. 7.3, б схематически изображено расположение молекул в воздухе: опыты показывают, что среднее расстояние между молекулами примерно в 10 раз больше самих молекул.
Читайте также: