Номер 4, страница 134 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 32. Связь между параметрами состояния газа. Вопросы для самопроверки - номер 4, страница 134.

Условие.

4. Объясните характер зависимости объёма газа данной массы от давления при неизменной температуре на основе знаний о строении газа.

Решение.

Решение

Зависимость объёма газа данной массы от давления при неизменной температуре описывается законом Бойля-Мариотта, который гласит, что при постоянной температуре и массе газа его объём обратно пропорционален давлению ($V \propto 1/P$ или $P \cdot V = \text{const}$). Объясним эту зависимость с точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества.

Согласно этой теории, газ состоит из огромного числа молекул, которые находятся в непрерывном и хаотическом движении. Давление, которое газ оказывает на стенки сосуда, является результатом многочисленных ударов этих молекул о стенки.

Рассмотрим, что происходит при изменении объёма газа, когда его масса ($m = \text{const}$) и температура ($T = \text{const}$) остаются неизменными.

1. Постоянство температуры означает, что средняя кинетическая энергия движения молекул газа не изменяется. Следовательно, средняя скорость молекул также остаётся постоянной. Это значит, что сила каждого отдельного удара молекулы о стенку сосуда в среднем не меняется.

2. Постоянство массы газа означает, что общее число молекул ($\text{N}$) в сосуде остаётся неизменным.

Когда мы уменьшаем объём сосуда, в котором находится газ (например, сжимая его поршнем), концентрация молекул (число молекул в единице объёма, $n = N/V$) увеличивается. Поскольку молекулы теперь находятся в более ограниченном пространстве, они будут сталкиваться со стенками сосуда значительно чаще. Увеличение частоты ударов при неизменной средней силе каждого удара приводит к увеличению суммарной силы, действующей на стенки, и, следовательно, к росту давления газа.

И наоборот, если мы увеличиваем объём сосуда, концентрация молекул ($\text{n}$) уменьшается. Молекулы теперь распределены в большем пространстве, и им требуется больше времени, чтобы долететь от одной стенки до другой. В результате частота их ударов о стенки сосуда снижается. Это приводит к уменьшению давления газа.

Таким образом, при постоянной температуре и массе газа его объём и давление связаны обратной пропорциональностью: чем меньше объём, тем выше давление, и наоборот.

Ответ: При неизменной температуре и массе газа его объём обратно пропорционален давлению. С точки зрения строения газа это объясняется тем, что давление создаётся ударами молекул о стенки сосуда. При уменьшении объёма концентрация молекул возрастает, что приводит к увеличению частоты их ударов о стенки и, как следствие, к росту давления. При увеличении объёма концентрация молекул и частота ударов уменьшаются, что ведёт к снижению давления. Средняя скорость молекул при этом остаётся постоянной, так как температура не меняется.