Номер 9, страница 223 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Первоначальные сведения о строении вещества. Задачи для повторения - номер 9, страница 223.

Условие.

9. Газы легко сжимаются. Можно ли газ сжать до сколь угодно малого объёма?

Решение.

Решение 2.

Решение

Нет, газ невозможно сжать до сколь угодно малого, то есть стремящегося к нулю, объёма. Хотя газы легко сжимаются по сравнению с жидкостями и твёрдыми телами, их сжимаемость имеет физические пределы. Это обусловлено несколькими причинами:

1. Собственный объём молекул. В отличие от упрощённой модели идеального газа, где молекулы рассматриваются как материальные точки без объёма, молекулы любого реального газа имеют конечные размеры. Когда мы сжимаем газ, мы уменьшаем пустое пространство между молекулами. Этот процесс не может продолжаться бесконечно, так как объём газа не может стать меньше, чем суммарный объём всех составляющих его молекул. Этот факт учитывается в уравнениях состояния реального газа, например, в уравнении Ван-дер-Ваальса:

$(P + \frac{a \nu^2}{V^2})(V - \nu b) = \nu R T$

где слагаемое $\nu b$ представляет собой поправку на собственный объём молекул. Из формулы видно, что объём газа $V$ не может быть меньше этой величины.

2. Межмолекулярные силы отталкивания. На очень малых расстояниях, сопоставимых с размерами самих молекул, между ними начинают действовать мощные силы отталкивания. Эти силы препятствуют дальнейшему сближению частиц и, следовательно, дальнейшему уменьшению объёма. Для преодоления этих сил требуются чрезвычайно высокие, на практике недостижимые, давления.

3. Фазовые переходы. При достаточном увеличении давления (особенно при одновременном охлаждении) газ переходит в другое агрегатное состояние — сначала в жидкость (конденсация), а затем может затвердеть. Жидкости и твёрдые тела обладают очень низкой сжимаемостью, так как их частицы уже находятся в плотной упаковке.

Таким образом, идея о сжатии газа до сколь угодно малого объёма является теоретическим допущением модели идеального газа и невыполнима для реальных газов.

Ответ:

Газ нельзя сжать до сколь угодно малого объёма. Пределом сжатия выступают, во-первых, собственный конечный объём составляющих его молекул, и, во-вторых, мощные силы отталкивания, которые возникают между молекулами на очень близких расстояниях. Кроме того, при сильном сжатии газ переходит в жидкое или твёрдое состояние, которые практически не сжимаемы.