Номер 1, страница 64 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 4. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 17. Давление и средняя кинетическая энергия молекул. Вопросы - номер 1, страница 64.

Условие.

1. Объясните возникновение давления газа на стенку сосуда, используя модель идеального газа.

Решение.

1. Объясните возникновение давления газа на стенку сосуда, используя модель идеального газа.

Решение

Давление газа на стенки сосуда возникает в результате многочисленных ударов молекул газа об эти стенки. Объясним этот процесс, основываясь на положениях модели идеального газа.

Согласно модели идеального газа:

1. Газ состоит из огромного числа частиц (молекул), которые находятся в непрерывном, хаотическом (беспорядочном) тепловом движении.

2. Молекулы взаимодействуют друг с другом и со стенками сосуда только при столкновениях, которые считаются абсолютно упругими. Это означает, что при столкновениях сохраняется как импульс, так и кинетическая энергия молекул.

Процесс возникновения давления можно описать поэтапно:

Движение и столкновения. Молекулы газа, непрерывно и хаотично двигаясь, сталкиваются со стенками сосуда.

Изменение импульса молекулы. При каждом столкновении со стенкой молекула упруго отскакивает от нее, изменяя направление своего движения. Это приводит к изменению импульса молекулы. Например, для молекулы массой $m_0$, которая движется со скоростью $\text{v}$ перпендикулярно стенке, изменение импульса при упругом отскоке составит $\Delta p = m_0(-v) - m_0v = -2m_0v$.

Возникновение силы. Согласно второму закону Ньютона, изменение импульса молекулы происходит под действием силы со стороны стенки. В свою очередь, по третьему закону Ньютона, молекула в момент удара действует на стенку с силой, равной по модулю и противоположной по направлению. Именно эти силы, действующие со стороны молекул на стенку, и создают давление.

Суммарное действие. В сосуде находится огромное количество молекул, и они сталкиваются со стенками очень часто. Хотя сила от удара одной молекулы ничтожно мала и действует очень короткое время, суммарный эффект от одновременных ударов множества молекул создает постоянную, усредненную во времени силу, действующую на стенку сосуда.

Давление. Давление ($\text{P}$) определяется как отношение силы ($\text{F}$), действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности ($\text{S}$): $P = \frac{F}{S}$. Таким образом, давление газа является макроскопической величиной, которая характеризует усредненный результат действия всех молекул на единицу площади стенки сосуда.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) как раз и связывает давление с микроскопическими параметрами газа: $P = \frac{1}{3} n m_0 \overline{v^2}$, где $\text{n}$ — концентрация молекул, $m_0$ — масса одной молекулы, а $\overline{v^2}$ — средний квадрат скорости их движения. Эта формула показывает, что давление напрямую зависит от частоты и силы ударов молекул.

Ответ: Давление газа на стенки сосуда обусловлено непрерывными ударами огромного числа хаотически движущихся молекул газа об эти стенки. При каждом упругом столкновении молекула передает стенке импульс, что создает кратковременную силу. Суммарное, усредненное по времени и площади действие этих многочисленных ударов и представляет собой постоянное давление газа.