La pression est une grandeur physique qui se calcule comme suit: divisez la force de pression par la surface sur laquelle cette force agit. La force de pression est déterminée par le poids. Tout objet physique exerce une pression car il a au moins un certain poids. L'article discutera en détail de la pression dans les gaz. Des exemples illustreront de quoi cela dépend et comment cela change.
La différence dans les mécanismes de pression des substances solides, liquides et gazeuses
Quelle est la différence entre les liquides, les solides et les gaz ? Les deux premiers ont du volume. Les corps solides conservent leur forme. Un gaz placé dans un récipient occupe tout son espace. Cela est dû au fait que les molécules de gaz n'interagissent pratiquement pas les unes avec les autres. Par conséquent, le mécanisme de la pression du gaz est très différent du mécanisme de la pression des liquides et des solides.
Mettons le poids sur la table. Sous l'influence de la gravité, le poids continuerait à descendre à travers la table, mais cela ne se produit pas. Pourquoi? Parce que les molécules de la table se rapprochent des molécules delequel le poids est fait, la distance entre eux diminue tellement que des forces répulsives apparaissent entre les particules du poids et la table. Dans les gaz, la situation est complètement différente.
Pression atmosphérique
Avant de considérer la pression des substances gazeuses, introduisons un concept sans lequel d'autres explications sont impossibles: la pression atmosphérique. C'est l'effet que l'air (l'atmosphère) qui nous entoure a. L'air ne nous semble qu'en apesanteur, en fait il a du poids, et pour le prouver, menons une expérience.
Nous allons peser l'air dans un récipient en verre. Il y pénètre par un tube en caoutchouc dans le cou. Retirer l'air avec une pompe à vide. Pesons le flacon sans air, puis ouvrons le robinet, et lorsque l'air entrera, son poids s'ajoutera au poids du flacon.
Pression dans le récipient
Voyons comment les gaz agissent sur les parois des vaisseaux. Les molécules de gaz n'interagissent pratiquement pas les unes avec les autres, mais elles ne se dispersent pas les unes des autres. Cela signifie qu'ils atteignent toujours les parois du vaisseau, puis reviennent. Lorsqu'une molécule heurte la paroi, son impact agit sur le vaisseau avec une certaine force. Ce pouvoir est de courte durée.
Un autre exemple. Lançons une balle sur une feuille de carton, la balle rebondira et le carton s'écartera un peu. Remplaçons la balle par du sable. Les impacts seront minimes, nous ne les entendrons même pas, mais leur puissance augmentera. La feuille sera constamment rejetée.
Prenons maintenant les plus petites particules, par exemple les particules d'air que nous avons dans nos poumons. On souffle sur le carton, et ça va dévier. Nous forçonsles molécules d'air frappent le carton, en conséquence, une force agit sur celui-ci. Quelle est cette puissance ? C'est la force de pression.
Concluons: la pression du gaz est causée par les impacts des molécules de gaz sur les parois de la cuve. Les forces microscopiques qui agissent sur les parois s'additionnent, et on obtient ce qu'on appelle la force de pression. Le résultat de la division de la force par surface est la pression.
La question se pose: pourquoi, si vous prenez une feuille de carton dans votre main, elle ne s'écarte pas ? Après tout, c'est dans le gaz, c'est-à-dire dans l'air. Parce que les impacts des molécules d'air d'un côté et de l'autre de la feuille s'équilibrent. Comment vérifier si les molécules d'air heurtent vraiment le mur ? Cela peut être fait en supprimant les impacts des molécules d'un côté, par exemple en pompant de l'air.
Expérience
Il existe un appareil spécial - une pompe à vide. Il s'agit d'un bocal en verre sur une plaque à vide. Il a un joint en caoutchouc pour qu'il n'y ait pas d'espace entre le capuchon et la plaque afin qu'ils s'emboîtent étroitement. Un manomètre est fixé à l'unité de vide, qui mesure la différence de pression d'air à l'extérieur et sous la hotte. Le robinet permet de raccorder le flexible menant à la pompe à l'espace sous le capot.
Placez un ballon légèrement gonflé sous le capuchon. Du fait qu'il est légèrement gonflé, les impacts des molécules à l'intérieur et à l'extérieur du ballon sont compensés. Nous couvrons la balle avec un capuchon, allumons la pompe à vide, ouvrons le robinet. Sur le manomètre, nous verrons que la différence entre l'air intérieur et extérieur s'agrandit. Et un ballon ? Il augmente de taille. La pression, c'est-à-dire les impacts des moléculesà l'extérieur du ballon, de plus en plus petit. Des particules d'air à l'intérieur du ballon restent, la compensation des chocs de l'extérieur et de l'intérieur est violée. Le volume de la balle augmente du fait que la force de pression des molécules d'air de l'extérieur est partiellement reprise par la force élastique du caoutchouc.
Maintenant fermez le robinet, éteignez la pompe, rouvrez le robinet, débranchez le tuyau pour laisser passer l'air sous le bouchon. La balle commencera à diminuer de taille. Lorsque la différence de pression à l'extérieur et sous le bouchon est nulle, il aura la même taille qu'avant le début de l'expérience. Cette expérience prouve que vous pouvez voir de vos propres yeux la pression si elle est plus grande d'un côté que de l'autre, c'est-à-dire si le gaz est retiré d'un côté et laissé de l'autre.
La conclusion est la suivante: la pression est une quantité qui est déterminée par les impacts des molécules, mais les impacts peuvent être plus nombreux et moins nombreux. Plus il y a de coups sur les parois du vaisseau, plus la pression est élevée. De plus, plus la vitesse des molécules frappant les parois du récipient est grande, plus la pression produite par ce gaz est élevée.
Dépendance de la pression sur le volume
Disons que nous avons une certaine masse de l'œil, c'est-à-dire un certain nombre de molécules. Au cours des expériences que nous allons considérer, cette quantité ne change pas. Le gaz est dans un cylindre avec un piston. Le piston peut être déplacé de haut en bas. La partie supérieure du cylindre est ouverte, nous y mettrons un film de caoutchouc élastique. Les particules de gaz frappent les parois du récipient et le film. Lorsque la pression d'air à l'intérieur et à l'extérieur est la même, le film est plat.
Si vous déplacez le piston vers le haut,le nombre de molécules restera le même, mais la distance entre elles diminuera. Ils se déplaceront aux mêmes vitesses, leur masse ne changera pas. Cependant, le nombre de coups augmentera car la molécule doit parcourir une distance plus courte pour atteindre le mur. En conséquence, la pression devrait augmenter et le film devrait se plier vers l'extérieur. Par conséquent, avec une diminution de volume, la pression d'un gaz augmente, mais à condition que la masse du gaz et la température restent inchangées.
Si vous déplacez le piston vers le bas, la distance entre les molécules augmentera, ce qui signifie que le temps qu'il leur faudra pour atteindre les parois du cylindre et le film augmentera également. Les coups deviendront plus rares. Le gaz à l'extérieur a une pression plus élevée que celui à l'intérieur de la bouteille. Par conséquent, le film se pliera vers l'intérieur. Conclusion: la pression est une quantité qui dépend du volume.
Dépendance de la pression sur la température
Supposons que nous ayons un récipient avec un gaz à basse température et un récipient avec le même gaz dans la même quantité à haute température. A toute température, la pression d'un gaz est due aux impacts des molécules. Le nombre de molécules de gaz dans les deux récipients est le même. Le volume est le même, donc la distance entre les molécules reste la même.
Lorsque la température augmente, les particules commencent à se déplacer plus rapidement. Par conséquent, le nombre et la force de leurs impacts sur les parois du navire augmentent.
L'expérience suivante aide à vérifier l'exactitude de l'affirmation selon laquelle lorsque la température d'un gaz augmente, sa pression augmente.
Prendrebouteille dont le goulot est fermé par un ballon. Placez-le dans un récipient d'eau chaude. Nous verrons que le ballon est gonflé. Si vous changez l'eau du récipient en eau froide et que vous y placez une bouteille, le ballon se dégonflera et sera même aspiré.
