Газообразные тела
Автор naturalscience.ru   

Вы, конечно, знаете, что существует огромное количество газов: водород, кислород, углекислый газ, водяной пар, пары' ртути, азот, озон, хлор, воздух наконец. Все они очень разные. Водород легкий, а углекислый газ - тяжелый; азот не пахнет, а озон - "щиплет" нос; водяные пары безвредны, а пары ртути - ядовиты; воздух бесцветный, а хлор имеет желто-зеленый цвет. Однако все без исключения газы имеют одно общее свойство: они легко сжимаются.

В отличие от жидкостей и твердых тел, газы можно сжать очень сильно: в 100 и более раз. Почему же это возможно? Может, частицы газов более "мягкие", чем частицы других тел? Конечно, нет! Мы знаем, что молекулы не изменяются при изменении агрегатного состояния. Значит, при сжатии газа должны уменьшаться именно межмолекулярные промежутки. Поэтому они должны быть большими. На рисунке слева это схематически показано.

Строение газообразных тел. В молекулярно-кинетической теории установлено, что при давлениях газа, близких к атмосферному давлению, расстояния между частицами газа во много раз больше размеров самих частиц. Это показано на верхнем рисунке. Но если же газ сжать, то есть увеличить его давление, то межмолекулярные промежутки уменьшаются. Это показано на нижнем рисунке.

Вспомним, что в газах диффузия протекает гораздо быстрее, чем в жидких и твердых телах (см. § ...). Значит, частицы газов достаточно свободно перемещаются в пространстве. Это может быть лишь в том случае, если кинетическая энергия движения частиц газа гораздо больше потенциальной энергии их притяжения друг к другу. Превосходство кинетической энергии частиц газа над их потенциальной энергией как раз и означает, что частицы газа практически свободно летают во всех направлениях. Поэтому, например, невозможно заполнить газом половину сосуда: летая во всевозможных направлениях, молекулы вскоре равномерно распределятся по всему объему сосуда.

Давление газа. В § ... мы познакомились с физической величиной давление. Взгляните, на рисунке изображены два сосуда: левый - с жидкостью, а правый - с газом. Каждый сосуд снабжен тремя манометрами: вблизи дна, в средней части сосуда и вблизи горловины. Взгляните: все манометры сосуда с газом показывают одинаковые давления, а манометры сосуда с жидкостью - возрастающие значения по мере продвижения от горловины ко дну. Почему?

Жидкость давит на дно и стенки сосуда потому, что на нее действует сила тяжести. Частицы жидкости, притягиваясь к Земле, придавливают друг друга. Совершая колебания, частицы "бомбардируют" дно и стенки сосуда. Образно выражаясь, эта "подневольная бомбардировка" и есть давление жидкости. Именно поэтому давление жидкости возрастает по мере опускания ко дну сосуда.

Давление, создаваемое газом, имеет принципиально другое происхождение. На частицы газа тоже действует сила тяжести, однако они не придавливают друг друга, поскольку свободно летают во всех направлениях внутри сосуда. Частицы постоянно соударяются друг с другом и со стенками сосуда. Образно говоря, давление газа - это уже "свободолюбивая бомбардировка".

Вспомним, что при увеличении температуры давление газа возрастает (§ ...). Молекулярно-кинетическая теория легко объясняет этот факт. Повышение температуры приводит к увеличению скорости движения частиц газа. Поэтому "бомбардировка" частицами стенок сосуда усиливается, что и означает возрастание давления газа. Подобно жидкостям, газы тоже передают во все стороны оказываемое на них давление (закон Паскаля). Взгляните на нижний рисунок на левой странице. Вдвинув поршень, мы вызвали уплотнение частиц газа. Однако это продлится недолго. Вскоре они разлетятся по всему сосуду, передав давление поршня в другие его части.