Номер 3, страница 107 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

3. Как и почему меняется давление газа при его нагревании или охлаж-дении?

Решение

Изменение давления газа при его нагревании или охлаждении объясняется с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Давление газа создается ударами его молекул о стенки сосуда, в котором он находится. Зависимость давления от температуры проявляется по-разному в зависимости от условий, но чаще всего вопрос подразумевает процесс при постоянном объеме (например, в закрытом жестком контейнере). Такой процесс называется изохорным.

1. Нагревание газа (при постоянном объеме)

При нагревании газу сообщается тепловая энергия, которая увеличивает внутреннюю энергию газа. Это, в свою очередь, приводит к росту средней кинетической энергии движения его молекул. Молекулы начинают двигаться хаотично, но с большей скоростью. В результате этого:

• Молекулы сталкиваются со стенками сосуда чаще.

• Каждый удар молекулы о стенку становится сильнее, так как молекула обладает большим импульсом.

Совокупное действие этих двух факторов — увеличение частоты и силы ударов — приводит к увеличению давления газа на стенки сосуда.

2. Охлаждение газа (при постоянном объеме)

При охлаждении от газа отводится тепло, его внутренняя энергия и, следовательно, средняя кинетическая энергия молекул уменьшаются. Молекулы начинают двигаться медленнее. Это приводит к обратному эффекту:

• Частота столкновений молекул со стенками сосуда уменьшается.

• Сила каждого удара ослабевает из-за меньшего импульса молекул.

В результате уменьшения частоты и силы ударов общее давление газа на стенки сосуда снижается.

Математически эту зависимость для идеального газа описывает закон Шарля. Он утверждает, что для данной массы газа при постоянном объеме ($V = \text{const}$) давление прямо пропорционально абсолютной температуре ($T$):

$\frac{P}{T} = \text{const}$

Из этой формулы следует, что при увеличении температуры давление растет, а при уменьшении — падает.

Ответ: При нагревании газа его давление увеличивается, а при охлаждении — уменьшается (при условии постоянного объема). Причина в том, что температура определяет среднюю кинетическую энергию и скорость движения молекул газа. Нагревание заставляет молекулы двигаться быстрее, сталкиваться со стенками сосуда чаще и сильнее, что повышает давление. Охлаждение замедляет молекулы, их удары о стенки становятся реже и слабее, что приводит к снижению давления.