Кто закон о передаче давления жидкостями и газами открыл: Физика 7 класс. Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля :: Класс!ная физика

Опыт, изменение давления воздуха внутри воздушного шара. (Трубка с поршнем, на которую надет воздушный шарик.)

Учитель:
— Что произойдёт с молекулами газа внутри сосуда, если изменить объём при перемещении поршня вниз? (В учебнике рис. 94) (Молекулы расположатся плотнее друг к другу.)

Учитель:
— При этом давление изменится? (Да, оно возрастёт.)

Учитель:
— Добавочное давление передалось всем частицам газа. Если увеличиться давление газа около самого поршня на 1 Па, то во всех точках внутри газа увеличится настолько же.

Опыт с шаром Паскаля. (Полый шар с узкими отверстиями, к которому присоединена трубка с вставленным поршнем заполняется водой. Если вдвигать в трубку поршень, то вода польётся из всех отверстий шара.)

Учитель:
— Что же мы увидели? (Жидкость с одинаковым напором выходит из всех отверстий шара.)

Учитель:
— Какой можно сделать вывод из этого опыта?

Вывод: Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся без изменения в каждую точку объёма жидкости или газа. (Плакат).

Учитель:
— Это утверждение называют законом Паскаля. Найдите этот закон в учебниках, прочитайте и запишите в тетради.

V. Физкультминутка.

Учитель:
— Давайте сделаем так, чтобы давление на стул уменьшилось.

Встали.
Постоим на одной ноге, на другой.
Встали на цыпочки, потянулись.
Как изменилось давление на пол?
Молодцы! Садитесь.

Учитель:
— Я вам покажу ещё один опыт.

Опыт с пакетом наполненным водой.

Учитель:
— Почему пакет разрывается не в том месте, где мы давим, а в другом? (Давление, оказываемое на одну часть пакета, распространяется в другие части.)

Учитель:
— Разрывается там, где тоньше.

VI. Закрепление учебного материала.

Работа в группах.

Учитель:

— Ребята, вы сами хотите проделать опыты? ( Да.)

Учитель:

— Давайте, выполним работу в группах по 4 человека. Я вам раздам задания и оборудование для выполнения работы. Внимательно прочитайте задание и запишите ваше предположение, сделайте эксперимент и вывод. Затем один представитель из каждой группы прочитает задание, продемонстрирует опыт и сделает вывод.

№ 1.

По рисунку и на опыте объясните передачу давления твёрдым, сыпучим телами и жидкостью. Изобразите стрелками, как передаётся давление.

№ 2.

Объясните явление, пользуясь законом Паскаля. Как изменится наблюдаемое явление, если увеличить сжатие?

№ 3.

Если выстрелить из мелкокалиберной винтовки в вареное яйцо, то в яйце образуется отверстие. Если же выстрелить в сырое яйцо, оно разлетится. Как объяснить это явление?

Ответ: При выстреле из мелкокалиберной винтовки в варёном яйце образуется отверстие, так как давление пули в этом яйце передаётся лишь по направлению её движения. Сырое яйцо разбивается пулей вдребезги, так как давление пули в жидкости, согласно закону Паскаля, передаётся одинаково по всем направлениям.

№ 4.

Сосуд плотно закрыт пробкой, в которую вставлены две трубки так, как показано на рисунке. Если подуть в трубку а, то вода через трубку б выливается из сосуда. Будет ли вытекать вода из трубки а, если подуть в трубку б?

(Нет.)

№ 5.

Накачайте камеру от детского велосипеда. И объясните явление, пользуясь законом Паскаля.

№ 6.

Два цилиндра с подвижными поршнями и кислородом внутри помещены в камеру, воздух в которую можно накачивать или наоборот, откачивать. Что будет происходить при откачивании воздуха из камеры?

Отчёты групп. (Слайд № 6)

Нахождение общего характера. Повторение вывода.

Использование в технике сжатых газов. Пневматические машины и инструменты, отбойный молоток, пескоструйные аппараты (для очистки и окраски стен), пневматический тормоз, домкрат, гидравлический пресс, сжатым воздухом открывают двери вагонов поездов метро и троллейбусов. (Плакат).

VII. Домашнее задание. (Слайд № 7)

1) § 36. (Выучить закон Паскаля)
2) Упр. 14 № 2.
3) Задание 7.

VIII. Подведение итогов.

— Что было изучено сегодня на уроке?
— Как передают давление жидкости и газы?
— Объясните, на основе знаний о молекулах, почему жидкости и газы передают давление во все стороны одинаково.
— Как читается закон Паскаля?
— На каком опыте можно показать особенности передачи давления жидкостями?
— Что вам больше понравилось?

Глава 3

В отличие от твёрдых тел, отдельные слои и молекулы жидкости или газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем дуновении ветра появляется рябь.

Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передаётся не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа. Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке 99, а изображён сосуд, в котором содержится газ (или жидкость). Частицы газа равномерно распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться вверх и вниз.

Рис. 99. Передача давления частицам газа (или жидкости) вследствие движения молекул

Рис. 100. Передача давления во все стороны без изменений:
а — жидкостями;
б — газами

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного войти в сосуд и сжать газ, находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы расположатся в этом месте более плотно, чем прежде (рис. 99, б). Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям. Вследствие этого их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис. 99, в). Поэтому давление газа всюду возрастёт. Значит, добавочное давление передаётся всем частицам газа или жидкости. Так, если давление на газ около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа давление станет больше прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда, и на дно, и на поршень.

Это утверждение называют законом Паскаля.

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке 100, а изображён полый шар, имеющий в различных местах узкие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польётся из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передаётся в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании поршня в трубку из всех отверстий шара начнут выходить одинаковые струйки дыма (рис. 100, б). Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны без изменений.

1. Как передают давление жидкости и газы? 2. Пользуясь рисунком 99, объясните, почему жидкости и газы передают давление во все стороны без изменений. 3. На каком опыте можно показать особенность передачи давления жидкостями и газами? 4. При изготовлении бутылок в расплавленное стекло через трубку вдувают воздух, и бесформенная масса принимает нужную форму (см. рис. 29). Какое физическое явление здесь используют?

1.По рисунку 101 объясните передачу давления твёрдым, сыпучим телами и жидкостью. Изобразите стрелками, как передаётся давление.

2.На рисунке 102 показаны два сосуда, заполненных газом. Масса газов одинакова. В каком сосуде давление газа на дно и стенки сосуда больше? Ответ обоснуйте.

3.Автомашину заполнили грузом. Изменилось ли давление в камерах колёс автомашины? Одинаково ли оно в верхней и нижней частях камеры?

4.Объясните явление, показанное на рисунке 103. Как изменится наблюдаемое явление, если увеличить сжатие?

• Из пластмассовой бутылочки с завинчивающейся пробкой изготовьте прибор для демонстрации закона Паскаля (придумайте сами, как это сделать, опробуйте прибор).

Свойство газов передавать давление используют в технике при устройстве различных пневматических машин (от лат. пневматикос — воздушный; это машины, работающие посредством сжатого воздуха) и инструментов.

Сжатый воздух, например, применяют в работе заклёпочных и отбойных молотков.

На рисунке 104 (справа) показана схема устройства отбойного молотка. Сжатый воздух подают по шлангу 1. Особое устройство 2, называемое золотником, направляет его поочерёдно то в верхнюю, то в нижнюю часть цилиндра. Поэтому воздух давит на поршень 3 то с одной, то с другой стороны, что вызывает быстрое возвратно-поступательное движение поршня и пики молота 4. Последняя наносит быстро следующие друг за другом удары, внедряется в грунт или в уголь и откалывает его куски.

Существуют пескоструйные аппараты, которые дают сильную струю воздуха, смешанного с песком. Их используют для очистки стен. Нередко можно видеть работу специальных аппаратов, применяемых для окраски стен, где краску распыляет сжатый воздух.

Сжатый воздух применяют в электропневматических тормозах, а также для открывания дверей вагонов поездов метро и троллейбусов.

На рисунке 105 изображена схема устройства пневматического тормоза железнодорожного вагона. Когда магистраль 1, тормозной цилиндр 4 и резервуар 3 заполнены сжатым воздухом, его давление на поршень тормозного цилиндра справа и слева одинаково, тормозные колодки 5 при этом не касаются колёс 6.

При открывании стоп-крана сжатый воздух выпускается из магистральной трубы, вследствие чего давление в правой части тормозного цилиндра уменьшается. Сжатый же воздух, находящийся в левой части тормозного цилиндра и в резервуаре, выйти не может, этому мешает клапан 2. Под действием сжатого воздуха поршень тормозного цилиндра перемещается вправо, прижимая тормозную колодку к ободу колеса, отчего и происходит торможение.

При наполнении магистральной трубы сжатым воздухом тормозные колодки отжимаются пружинами от колёс.

Давление газа. Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля

Слайды и текст этой онлайн презентации

Слайд 1

Тема урока. Давление газа. Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля

Слайд 2

Вспомним Задание 1. Привести в соответствие части фразы (А,Б,В,Г,Д) и (1,2,3,4,5,6,7).
А. Закон для вычисления давления.1. давление уменьшилось
Б. Единица измерения давления.2. давление увеличилось
В. При уменьшении силы, действующей на тело.3. давление может уменьшиться, а может увеличиться
Г. При уменьшении площади опоры.4. 1 Па = 1Н ⁄ 1м2
6. F = рS
Д. При уменьшении силы , действующей на тело, и увеличении площади опоры.5. р = F ⁄ S
7. 1Па = 1Н 1кг

Слайд 3

Самоконтроль задания
Проверка теста. А — 5 Б – 4 В – 1 Г – 2 Д — 3 Обсуждение результатов.

Слайд 4

Задание 2. Нарисуйте расположение молекул газа; ответить на вопросы.
Как расположены молекулы газа? Как двигаются молекулы газа? Сильное или слабое взаимодействие между молекулами газа? Сохраняют ли газы свой объем и имеют ли свою форму?

Слайд 5

Давление газа
Газы заполняют весь сосуд в котором находятся. Газы оказывают давление на дно и стенки сосуда Вопрос. Чем вызвано давление газа?

Слайд 6

Экспериментальное задание 1. Надуйте воздушный шарик, мыльный пузырь
Почему шарик увеличивает свой объем?

Слайд 7

Почему воздушные шарики и мыльные пузыри круглые?
Давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа. Газ давит на стенки по всем направлениям одинаково! Вывод: Давление газа на стенки шарика вызывается ударами молекул газа и направлено во все стороны одинаково.

Слайд 8

Экспериментальное задание 2. От чего зависит давление газа
Если наполнить воздушные шары, один воздухом, другой гелием (ρ = 1,29 кг/м³ плотность воздуха, ρ = 0,18 кг/м³ — плотность гелия), объём газа в шариках одинаковый Т.к. плотность воздуха больше и шарик с воздухом раздувается больше, потому что давление тоже увеличивается. Данный эксперимент подтверждает, что давление газа зависит от его плотности.

Слайд 9

Давление газа зависит от…
Величина давления газа зависит от количества и силы ударов молекул на единицу поверхности; От температуры От концентрации (числа частиц в единице объема)

Слайд 10

Экспериментальное задание 3: с шаром Паскаля

Слайд 11

Закон Паскаля
Блез Паскаль (1623-1662) – французский ученый, философ. Он открыл и исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов, интересными и убедительными опытами подтвердил существование атмосферного давления.
Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку объема жидкости или газа.

Слайд 12

Экспериментальное задание 4
НЕТ! Жидкости несжимаемы: надавливаем на одну часть жидкости, это давление передается всем другим частям.
Удалось ли сжать воду?

Слайд 13

Проверим себя!
Злобный джин, находящийся в газообразном состоянии внутри закупоренной бутылки, оказывает сильное давление на её стенки, дно и пробку. Чем же джин лупит во все стороны, если в газообразном состоянии не имеет ни рук, ни ног? Какой закон разрешает ему это делать? Для космонавтов пищу изготавливают в полужидком виде и помещают в тюбики с эластичными стенками. Что помогает космонавтам выдавливать пищу из тюбиков? Как проще удалить вмятину с мячика для настольного тенниса? Мы надуваем мыльные пузыри. Почему они приобретают форму шара? Почему взрыв снаряда под водой губителен для живущих в воде организмов? .

Слайд 14

4.Рефлексия
1вариант. 1. При уменьшении объема газа его давление…при условии, что масса и температура газа остаются неизменными. А. увеличивается. Б. уменьшается. В. не изменяется. 2. Давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем …температура газа, при условии, что масса и объем газа не изменяется. А. ниже. Б. выше. 3.Справа и слева от поршня находится воздух одинаковой массы. Температура воздуха слева выше, чем справа. В каком направлении будет двигаться поршень, если его отпустить. А. слева направо. Б. справа налево. В. поршень остается на месте.
2 вариант. 1. При увеличении объема газа его давление…при условии, что масса и температура газа остаются неизменными. А. увеличивается. Б. не изменяется. В. уменьшается. 2. Давление газа тем больше, чем…молекулы ударяются о стенки сосуда. А. реже и сильнее. Б. чаще и сильнее. В. чаще и слабее. 3. В цилиндре с газом посередине находится подвижный поршень. Что можно сказать о давлении газа слева и справа от поршня, если поршень неподвижен. А. справа больше. Б. слева больше. В. слева и справа одинаково.

Слайд 15

Самоконтроль теста.
1 вариант 1 – А 2 – Б 3 – А 2 вариант 1 – В 2 – Б 3 – В

Слайд 16

Подводим итоги урока:
Давайте вспомним, что сегодня делали на уроке, что узнали? Как передают давления жидкости и газы? Какой закон объясняет передачу давления жидкостями и газами? Как читается закон Паскаля? ?? В КАКИХ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ЗАКОН ПАСКАЛЯ ? Посмотрим? ==>
Ольчикова Людмила Михайловна МБОУ «Верхне — Кубинская сош»
04.01.2021

Слайд 17

Закон Паскаля положен в основу устройства многих механизмов. Смотри рисунки запоминай !
Гидравлические прессы

Слайд 18

2. Гидравлические подъемники
Назначение подвижного цилиндра — увеличение высоты подъема поршня. Для опускания груза открывают кран.

Слайд 19

3. Заправочные агрегаты
Заправочный агрегат для снабжения тракторов горючим действует так: компрессор нагнетает воздух в герметически закрытый бак с горючим, которое по шлангу поступает в бак трактора.

Слайд 20

4. Опрыскиватели
В опрыскивателях, используемых для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, давление нагнетаемого в сосуд воздуха на раствор яда — 500 000 Н/м2. Жидкость распыляется при открытом кране.

Слайд 21

5. Системы водоснабжения
Пневматическая система водоснабжения. Насос подает в бак воду, сжимающую воздушную подушку, и отключается при достижении давления воздуха 400 000 Н/м2. Вода по трубам поднимается в помещения. При понижении давления воздуха вновь включается насос.

Слайд 22

6. Водометы
Струя воды, выбрасываемая водометом под давлением 1 000 000 000 Н/м2, пробивает отверстия в металлических болванках, дробит породу в шахтах. Гидропушками оснащена и современная противопожарная техника.

Слайд 23

7. При прокладке трубопроводов
Давление воздуха «раздувает» трубы, изготовленные в виде плоских металлических стальных лент, сваренных по кромкам. Это значительно упрощает прокладку трубопроводов различного назначения.

Слайд 24

8. Пневматические трубопроводы
Давление в 10 000 — 30 000 Н/м2 работает в пневмоконтейнерных трубопроводах. Скорость составов в них достигает 45км/час.

Слайд 25

Домашнее задание
Параграф 37, 38 прочитать, ответить на вопросы. Упр. 16 (1, 2)

Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля

В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жид­кости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверх­ность воды в стакане, чтобы вызвать движение этой воды; на реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.

Свободной подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направле­нии действия силы, как в твердых телах, а по всем направлениям. Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке 86 изображен сосуд, в нем содержится газ (или жид­кость). Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться, Точками изображены частицы газа (жидкости), они равномерно распределены по всему объему сосуда (рис. 86, а).

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного войти в сосуд и сжать газ, находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы расположатся в этом месте более плотно, чем прежде (рис. 86, б). Благодаря подвиж­ности частицы газа будут пере­мещаться по всем направлениям, вследствие чего их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис. 86, в), поэтому давление газа везде возрастет. Отсюда следует, что добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости.

Например, если давление на газ около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа давление станет больше прежнего настолько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую тонну жидкости или газа. Это утверждение называют законом Паскаля.

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке 87 изображен полый шар, имеющий в различных местах узкие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку пор­шень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается по всем направлениям. В результате часть воды выталкивается из шара в виде струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании в трубку поршня из всех отверстий шара начнут выходить струйки дыма (рис, 88). Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.

Вопросы. 1. Как передают давление жидкости и газы? 2. Чем объяснить, что жидкости и газы передают давление во все стороны одинаково? 3. Как читается закон Паскаля? 4. Как на опыте можно показать особенность передачи давления жидкостями и газами?

Упражнения. 1. По схеме рисунка 89 объясните передачу давления твердым, сыпучим телом и жид­костью. Изобразите стрелками, как передается давление. 2. Брезентовый водопро­водный рукав, когда он не запол­нен водой, имеет вид плоской ленты. Какую форму примет рукав после заполнения его водой? Почему? 3. При изготовлении бутылок через трубку вдувают воздух, и расплавленное стекло принимает форму бутылки (рис, 90). Какое физическое явление здесь используют?

Задания

1. Изготовьте мыльную жид­кость и с помощью стеклянной трубки получите мыльные пузыри. Какую форму они принимают и почему?
2. Исследуйте передачу да­вления в сыпучем теле. Для этого в бумажный пакет насыпьте песок (или горох), сверху сильно нада­вите руной. Есть ли здесь сходство с передачей давления в жидкости и газе?

Презентация «Давление газа Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля» 7 класс

• Подготовил:
• Филягина Л.М.
• учитель физики
• первой квалификационной категории

• МОУ «Красновидовская основная общеобразовательная школа» Красновидовского сельского поселения Камско-Устьинского муниципального района Республики Татарстан

• Урок по физике в 7 классе по теме «Давление газаю
• Передача давления жидкостями и газами.
• Закон Паскаля»

• Физика! Какая ёмкость слова!
• Физика – для нас не просто звук!
• Физика – опора и основа
• Всех без исключения наук!”

• 2. Как изменится давление газа, если его нагреть при постоянном объёме?
• а) не изменится; б) станет больше; в) станет меньше.

• 3. Резиновый мяч, сжав руками, деформировали. Изменились ли при этом:
• масса – вес – объём – плотность – давление – воздуха в нём? (Написать да или нет.)

• 4. Газ, находящийся в сосуде, оказывает на левую стенку давление, равное 300 Па. Какое давление производит газ на нижнюю, верхнюю и правую стенки сосуда?
• а) на нижнюю 400 Па, на верхнюю 300 Па, на правую 200 Па; б) на нижнюю 300 Па, на верхнюю 100 Па, на правую 400 Па; в) одинаковое по всем направлениям.

• 5. Главной причиной давления газа на стенки сосуда является
• а) удары молекул газа о стенки сосуда; б) мало взаимное притяжение молекул газов; в) очень малые размеры молекул газов.

• 1. При неизменной массе с уменьшением объёма газа его давление
• б) увеличивается;
• 2. Как изменится давление газа, если его нагреть при постоянном объёме?
• б) станет больше;
• 3. Резиновый мяч, сжав руками, деформировали. При этом изменились:
• объём –
• плотность – давление –
• 4. Газ, находящийся в сосуде, оказывает на левую стенку давление, равное 300 Па. Какое давление производит газ на нижнюю, верхнюю и правую стенки сосуда?
• в) одинаковое по всем направлениям.
• 5. Главной причиной давления газа на стенки сосуда является
• а) удары молекул газа о стенки сосуда;

• Передача давления
• жидкостями и газами.
• Закон Паскаля.

• Давление, производимое
• на жидкость или газ,
• передаётся по всем
• направлениям без
• и з м е н е н и й.

• — Блез Паскаль — французский математик и физик, один из умов XVII столетия. Отец Паскаля, Этьен, знаток математики и астрономии занимался его образованием. Чудо-ребёнок Блез с 12 лет начал заниматься наукой. Отец стал брать его на заседания научного кружка. Интеллект мальчика быстро развивался и вскоре он на равных обсуждал научные проблемы с крупными учёными своего времени. В 16 лет он написал замечательный “Опыт о конических сечениях”. Он открыл и исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов, интересными опытами доказал существование атмосферного давления. Его именем названа единица давления и популярный язык программирования. Открытия, сделанные Блезом Паскалем 300-лет назад, мы изучаем и сейчас.

• Блез Паскаль
• (1623 — 1662)

• Строение твёрдых тел, жидкостей и газов р а з л и ч н о !

• Частицы твёрдого
• тела только
• колеблются около
• равновесия,
• не перемещаясь
• по телу.

• Жидкость текуча,
• и её слои легко
• смещаются относительно
• друг друга.

• Частицы газа
• легко и безпо-
• рядочно пере-
• мещаются по всему объёму

• Поэтому они по-разному
• передают оказываемое
• на них извне давление.

• В чём отличие?

• Как
• передают жидкости и газы
• оказываемое на них
• внешнее давление ?

• Закон Паскаля
• Жидкости и газы передают давление по всем направлениям одинаково.

• Свободная подвижность
• частиц жидкостей и газов
• ведёт к выравниванию
• давления по в с е м
• н а п р а в л е н и я м !

• ЗАКОН ПАСКАЛЯ

• Постоим на одной ноге,
• На другой
• Встали на цыпочки,
• потянулись
• Как изменилось
• давление на пол?
• Молодцы!
• Садитесь.

• Цифрами 1, 2 и 3 обозначены круглые отверстия, затянутые одинаковыми резиновыми пленками. Когда поршень переместили из положения А в положение В, пленки выгнулись наружу. На каком из рисунков

• В одном сосуде находится металлический кубик, в другом – вода. Как будут передавать эти тела производимое на них давление?

• В сосуде под поршнем находится
• газ. Поршень переместили из
• положения А в положение В
• Одинаково ли увеличилось при
• этом давление газа на стенки
• Сосуда в точках 1, 2, 3, 4 и 5 ?

• Если из мелкокалиберной винтовки выстрелить в варёное
• яйцо, то образуется отверстие. Если же выстрелить в сырое
• яйцо, то оно разлетится. Как объяснить это явление?

• Будет ли
• зубная паста выдавливаться из
• тюбика в условиях состояния
• невесомости также, как в
• обычных условиях?

• Почему взрыв
• снаряда под водой
• губителен для всех
• живущих в воде
• организмов?

• Почему
• мыльные пузыри
• приобретают
• форму
• шара?

• Давление = Сила давления / площадь опоры

• Cоставьте текст из фрагментов А, Б, В, Г:
• Если известны …
• А. 1 … давление и площадь опоры, …
• 2 … сила давления и давление, …
• 3 … сила давления и площадь опоры, …
• то можно рассчитать …
• Б. 1 … давление …
• 2 … силу давления …
• 3 … площадь опоры …
• по формуле:
• В. 1 … Fд / S. 2 … p * S. 3 … Fд / p
• Единицей измерения будет:
• Г. 1 … Н. 2 … м2. 3 … Па.

• Проверь ответ: А1 Б2 В2 Г1; А2 Б3 В3 Г2; А3 Б1 В1 Г1.

• p = Fд / S [P] = [Н/м2]=[Па]

• Составьте текст из фрагментов А,Б,В,Г.

• А. 1. Давление в жидкостях и газах…
• 2. Давление в твёрдых телах…
• Б. 1. передаётся по направлению действующей силы.
• 2. передаётся по всем направлениям одинаково.
• В. 1. Это свойство твёрдых тел обусловлено тем,…
• 2. Это свойство жидкостей и газов связано с тем,…
• Г. 1. их молекулы могут перемещаться по всем
• направлениям.
• 2. их молекулы лишь колеблются около положе-
• ния равновесия.

• ОТВЕТ: А1Б2В2Г1; А2Б1В1Г2

• 1. Давление газа на стенки сосуда и на помещенное в газ тело, вызывается ударами молекул газа.
• 2. Давление газа зависит от температуры и от объема занимаемого данной массой газа.
• 3. Жидкости и газы передают давление по всем направлениям одинаково.

• § 35, 36
• Упражнение 14

Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля

Передача давления жидкостями и газами.

Закон Паскаля

Мы уже знаем, что отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа свободно перемещаются относительно друг друга по всем направлениям, в отличие от твердых тел. Это можно подтвердить простым опытом: если подуть на поверхность воды в стакане, то вода придет в движение.

Из-за того, что частицы газа и жидкости подвижны, давление, оказываемое на них, передаётся не только в направлении действия оказываемой силы, а в каждую точку жидкости или газа.

котором находится газ. Частицы

газа равномерно распределяются

по всему сосуду. Сосуд сверху

закрыт поршнем, который может

перемещаться вниз и вверх.

Надавим на поршень так, чтобы

он немного погрузился в сосуд и

сдавил газ. В результате частицы, рис. 1

находящиеся под поршнем, уплот-

нятся (рис.1б ).

Двигаясь, частицы газа будут перемещаться по всем направлениям и в результате этого перемещения их расположение опять станет равномерным, но уже более плотным, чем раньше (рис.1в ). В результате давление газа всюду увеличится. Из этого можно сделать вывод, что дополнительное давление передается всем частицам газа. Если, например, давление на газ около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа давление станет больше на столько же, т. е. на 1 Па. Давление газа и на поршень, и на стенки сосуда, и на дно сосуда также увеличится на 1 Па.

В 1648 году французский ученый Блез Паскаль опытным путём подтвердил то, что давление жидкости зависит от высоты её столба. Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, трубку диаметром 1см2, длиной 5 м и, поднявшись на балкон 2-го

Когда вода в ней поднялась до высоты ~ 4 м,

давление воды в ней увеличилось настолько, что в

крепкой дубовой бочке образовались щели, через

которые потекла вода.

Закон Паскаля гласит:

давление, производимое на жидкость или газ,

передаётся в любую точку объёма жидкости и

газа без изменений во всех направлениях.

Закон объясняется подвижностью частиц жидкос-

тей и газов во всех направлениях.

Нам нет необходимости повторять опыт

Паскаля с бочкой, но мы можем воспользоваться

трубкой Паскаля для подтверждения истинности

его утверждения.

польется вода. Поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают давление поршня другим, более глубоким слоям.

Из опыта следует, что давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар и в результате давления часть воды выталкивается

из отверстий во всех направлениях.

Если шар заполнить дымом

(рис.2б ) и вдвигать поршень в трубку, то из всех

отверстий шара будут выходить

струйки дыма. Этот опыт также

подтверждает, что газы, как и

жидкости, передают производимое

на них давление во все стороны без а) б)

изменений. рис.2

Закон Паскаля положен в основу устройства многих механизмов.

Пневматическая система водоснабжения.

Принцип работы :

Насос из водоема закачивает в бак воду, сжимающую воздушную подушку, в результате сжимаемые частицы воздуха уплотняются и, следовательно, давление увеличивается. При достижении давления воздуха 400000 Н/м2 насос отключается и прекращает закачивать воду в бак.

По Закону Паскаля давление, производимое на жидкость (или газ) передаётся в любую точку объёма жидкости (или газа) без изменений во всех направлениях. Поэтому, при открытии крана вода, под действием давления воздуха, по магистральному трубопроводу поднимается в дома.

Это упрощенная схема гидравлического подъемника, который устанавливается на самосвалах.

Назначение подвижного цилиндра — увеличение высоты подъема поршня. Для опускания груза открывают кран.

Цель урока:

• найти общее в движении частиц при передаче давления жидкостями и газами;
• сообщить учащимся закон Паскаля.

Тип и вид урока: изучение нового материала, урок-беседа.

Методы обучения: эвристический метод, объяснительно-репродуктивный, побуждающий, поисковый

Приборы и материалы: доска, гвоздь, молоток, трубка с поршнем, резиновый шарик, песок речной, стакан с подкрашенной жидкостью, шар Паскаля.

Ход урока:

I. Актуализация опорных знаний.

1. Какое строение имеют твердые, жидкие и газообразные вещества?
2. Как движутся молекулы в твердых, жидких и газообразных веществах?
3. Назовите основные свойства твердых тел, жидких и газообразных веществ.

II. Изложение нового материала.

Все тела состоят из молекул и атомов. Мы рассмотрели три разных агрегатных состояния вещества и исходя из строения, они различны по свойствам. Сегодня нам предстоит познакомиться с влиянием давления на твердые, жидкие и газообразные вещества. Рассмотрим на примерах:

1. Вбиваем гвоздь молотком в доску. Что наблюдаем? В каком направлении действует давление?

(Под давлением молотка гвоздь входит в доску. В направлении действия силы. Доска и гвоздь — это целостные твердые тела.)

2. Возьмем песок. Это твердое сыпучее вещество. Трубку с поршнем наполним песком. Один конец трубки при этом закрыт резиновой пленкой. Давим на поршень и наблюдаем.

(Песок давит на стенки пленки не только в направлении действия силы, но и в стороны.)

3. А теперь посмотрим, как ведет себя жидкость. Наполним трубку жидкостью. Давим на поршень, наблюдаем и сравниваем с результатами предыдущего опыта.

(Пленка принимает форму шара, частицы жидкости давят в разных направлениях одинаково.)

4. Рассмотрим на примере газа. Надуем шар.

(Давление передается частицами воздуха во всех направлениях одинаково.)

Мы рассмотрели действие давления на твердые сыпучие, жидкие и газообразные вещества. Какое сходство вы заметили?

(Для жидкостей и газов давление действует в разных направлениях одинаково, а это является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул. Для твердых сыпучих веществ давление действует в направлении силы и в стороны.)

Объясним глубже процесс передачи давления жидкостями и газами.

Представьте, что трубка с поршнем наполнена воздухом (газом). Частицы в газе распределены по всему объему равномерно. Давим на поршень. Частицы, находящиеся под поршнем уплотняются. Благодаря своей подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям, вследствие чего их расположение опять станет равномерным, но более плотным. Поэтому давление газа всюду возрастает. Значит, давление передается всем частицам газа.

Проделаем опыт с шаром Паскаля. Возьмем полый шар, имеющий в различных местах узкие отверстия, и присоединим его к трубке с поршнем.

Если набрать воды в трубку и надавить на поршень, то вода польется из всех отверстий шара в виде струек. (Дети высказывают свои предположения.)

Сформулируем общий вывод.

Поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости заполняющей шар. В результате, часть воды выталкивается из шара в виде струек, вытекающих из всех отверстий.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку объема жидкости или газа. Это утверждение называют законом Паскаля.

Заполним таблицу.

Мы с вами наблюдали и установили, что:

1. в твердом теле давление распространяется по направлению действия силы;
2. давление песчинок распространяется в направлении действия силы и по всем направлениям;
3. сделали предположение, что в жидкостях (газах) давление передается во всех направлениях одинаково;
4. в целях доказательства наблюдали опыт с шаром Паскаля, наполненным водой;
5. обобщив все сказанное, сделали вывод: что давление передается в жидкостях (газах) по всем направлениям одинаково.

III. Закрепление материала. Решение задач.

Упражнение 14(1,3), Л. №№ 480, 486-490

IV. Домашнее задание. § 36, упражнение. 14 (2,4), задание 7.

Твердые тела передают производимое на них давление в сторону действия силы. Для определения давления (p) необходимо силу (F), действующую пер­пендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности ()- Давление измеряют в паскалях: 1 Па = 1 Н/м 2 . Давление, производимое на жидкость и газ, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа. Это объясняется подвижностью частиц газа и жидкости. Закон Паскаля. Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каж­дую точку жидкости или газа. Подтверждением за­кона являются опыты с шаром Паскаля и работа гидравлических машин. Остановимся на работе этой машины (см. рис.). F 1 и F 2 — силы, действующие на поршни, S 1 и S 2 — площади поршней. Давление под малым порш­нем. Под большим поршнем. По закону Паскаля p 1 =p 2 , т. е. давление во всех точках покоящейся жидкости одинаково, или, откуда. Машина дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз пло­щадь большого поршня больше площади малого. Это наблюдается в работе гидравлического пресса, используемого для изготовления стальных валов машин, железнодорожных колес или выжима­ния масла на маслобойных заводах, а также в гид­равлических домкратах.

Атмосфера — воздушная оболочка вокруг Земли, простирающаяся на высоту нескольких тысяч километров. Вследствие действия силы тяжести воз­душ­ный слой, прилегающий к Земле, сжат больше всего и передает производимое на него давление по всем направлениям. В результате этого земная по­верхность и тела, находящиеся на ней, испытывают атмосферное давление. Впервые измерил атмосферное давление итальянский физик Торричелли с помощью стеклянной трубки, запаянной с одного конца и заполненной ртутью (см. рис.). Давление в трубке на уровне аа создается си­лой тя­жес­ти столба ртути высотой h = 760 мм, в тоже время на поверхность ртути в чашке действует атмосферное давление. Эти давления уравновеши­вают друг друга. Так как в верхней части трубки после опускания ртутного столба осталось безвоз­душное пространство, то, измерив высоту столба мож­но определить численное значение атмосферного дав­ления по формуле: р = = 9,8 Н/кг × 13 600 кг/м 3 × 0,76 м = 101 300 Па = 1013 ГПа.Приборами для измерения атмосферного давления являются ртутный барометр и барометранероид. Принцип действия последнего основан на сжатии пустотелой гофрированной металлической коробочки и передачи ее деформации через систему рычагов на стрелку-указатель. Барометр-анероид имеет две шкалы: внутренняя проградуирована в мм рт. ст. (1 мм рт. ст. = 133,3 Па), внешняя — в килопаскалях. Знание атмосферного давления весьма важно для предсказания погоды на ближайшие дни. Тропосфера (нижний слой атмосферы) представляет собой благодаря диффузии однородную смесь азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. Эта смесь газов и поддерживает нормальную жизнедеятельность всего живого на Земле. Вредные выбросы в атмосферу загрязняют окружающую сре­ду. Например, авария на Чернобыльской АЭС, ава­рии на атомных подводных лодках, выбросы в атмо­сферу промышленных предприятий и т. п.

В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жид­кости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверх­ность воды в стакане , чтобы вызвать движение этой воды; на реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.

Свободной подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направле­нии действия силы, как в твердых телах, а по всем направлениям. Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке 86 изображен сосуд, в нем содержится газ (или жид­кость). Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться, Точками изображены частицы газа (жидкости), они равномерно распределены по всему объему сосуда (рис. 86, а).

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного войти в сосуд и сжать газ, находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы расположатся в этом месте более плотно, чем прежде (рис. 86, б). Благодаря подвиж­ности частицы газа будут пере­мещаться по всем направлениям, вследствие чего их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис. 86, в), поэтому давление газа везде возрастет. Отсюда следует, что добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости.

Например, если давление на газ около самого поршня увеличится на 1 Па , то во всех точках внутри газа давление станет больше прежнего настолько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую тонну жидкости или газа. Это утверждение называют законом Паскаля.

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке 87 изображен полый шар, имеющий в различных местах узкие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку пор­шень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается по всем направлениям. В результате часть воды выталкивается из шара в виде струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании в трубку поршня из всех отверстий шара начнут выходить струйки дыма (рис, 88). Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.

Вопросы. 1. Как передают давление жидкости и газы? 2. Чем объяснить, что жидкости и газы передают давление во все стороны одинаково? 3. Как читается закон Паскаля? 4. Как на опыте можно показать особенность передачи давления жидкостями и газами?

Упражнения. 1. По схеме рисунка 89 объясните передачу давления твердым, сыпучим телом и жид­костью. Изобразите стрелками, как передается давление. 2. Брезентовый водопро­водный рукав, когда он не запол­нен водой, имеет вид плоской ленты. Какую форму примет рукав после заполнения его водой? Почему? 3. При изготовлении бутылок через трубку вдувают воздух, и расплавленное стекло принимает форму бутылки (рис, 90). Какое физическое явление здесь используют?

Задания

1. Изготовьте мыльную жид­кость и с помощью стеклянной трубки получите мыльные пузыри. Какую форму они принимают и почему?
2. Исследуйте передачу да­вления в сыпучем теле. Для этого в бумажный пакет насыпьте песок (или горох), сверху сильно нада­вите руной. Е сть ли здесь сходство с передачей давления в жидкости и газе?

1. Твердые тела передают силу давления, сохраняя ее:
Значение.

2. Жидкости и газы передают оказываемое на них давление:
Передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

3. Чем объясняется, что давление, производимое на частицы жидкости или газа, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа?
Подвижностью частиц.

4. Почему на поверхности озера при малейшем ветерке появляется рябь?
Из-за подвижности частиц воды, а они в свою очередь переносят давление оказываемое дуновением ветра.

5. Закон Паскаля гласит:
Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

6. Какой вклад в науку внес Блез Паскаль (1623-1662)?
Открыл и исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов. Опытами подтвердил существование атмосферного давления.

7. Приведите примеры опытов, объясняемых на основе закона Паскаля:

8. Какое свойство газов используют при устройстве пневматических машин и инструментов?
Равномерное распределение давления.

9. Почему машины и инструменты называют пневматическими?
От лат. Пневматикос-воздушный. Это машины, работающие посредством сжатого воздуха.

10. Приведите примеры использования пневматических машин и инструментов:
Заклепочный или отбойный молоток.

11. Расшифруйте обозначения на схеме отбойного молотка:

Опишите принцип его действия:

В стакане плавает легкий поршень с отверстием в центре, плотно прилегающий к стенкам стакана. Что произойдет с уровнем жидкости внутри отверстия, если на поршень сядет птица?
Увеличится.

Закон Паскаля — обзор

Закон Паскаля

Давление в замкнутой жидкости можно считать равномерным во всей практической системе. Могут быть небольшие различия, возникающие из-за давления на головке на разной высоте, но, как правило, они будут незначительными по сравнению с рабочим давлением системы. Это равенство давлений известно как закон Паскаля, и показано на рис. 1.9, где к поршню площадью 2 см ² приложена сила 5 кг f. Это дает давление 2.5 кгс см ⁻² в каждой точке жидкости, которая действует с равной силой на единицу площади на стенки системы.

Рисунок 1.9. Давление в закрытой жидкости

Предположим, что основание левого резервуара имеет размер 0,1 × 0,1 м, чтобы получить общую площадь 100 см ² . Суммарная сила, действующая на основание, составит 250 кгс. Если верхняя часть правого резервуара имеет размер 1 м × 1,5 м, создается удивительно большая направленная вверх сила в 37 500 кг f. Учтите, что размер соединительной трубы не имеет значения.Этот принцип объясняет, почему можно срезать дно бутылки, приложив небольшое усилие к пробке, как показано на рис. 1.9b.

Приложенная сила создает давление, определяемое выражением:

(1.8) p = fa

Сила, действующая на основание:

(1.9) F = P × A

, откуда можно получить:

(1.10) F = f × Aa

Выражение 1.10 показывает, что замкнутый флюид может использоваться для увеличения силы. На рис. 1.10 груз массой 2000 кг находится на поршне площадью 500 см ² (радиус около 12 см).Меньший поршень имеет площадь 2 см ² . Приложенная сила f определяется по формуле:

Рисунок 1.10. Механическое преимущество

(1.11) f = 2000 × 2500 = 8 кг f

вызовет подъем 2000 кг нагрузки. Утверждается, что механическое преимущество составляет , равное 250.

Энергия, однако, должна быть сохранена. Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что левый поршень опускается на 100 см (один метр). Поскольку мы предположили, что жидкость несжимаема, объем жидкости 200 см ² переносится из левого цилиндра в правый цилиндр, в результате чего нагрузка увеличивается всего на 0.4 см. Итак, хотя у нас есть увеличение силы в 250, у нас есть уменьшение движения на тот же фактор. Поскольку работа определяется произведением силы и пройденного расстояния, сила увеличивается, а пройденное расстояние сокращается во столько же раз, что обеспечивает сохранение энергии. Таким образом, действие на рис. 1.10 аналогично механическим системам на рис. 1.11, которые также обладают механическими преимуществами.

Рисунок 1.11. Примеры механического преимущества, когда малая входная сила f создает большую выходную силу F

Принцип, показанный на Рисунке 1.10 широко используется там, где требуется большая сила при небольшом перемещении. Типичными примерами являются зажимы, прессы, гидравлические домкраты и приводные механизмы автомобильных тормозов и сцеплений.

Следует отметить, что давление, скажем, в цилиндре определяется исключительно нагрузкой и площадью поршня в установившемся состоянии и не зависит от скорости поршня после достижения постоянной скорости. Взаимосвязь между силой, давлением, потоком и скоростью проиллюстрирована на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12. Взаимосвязь между силой, давлением, потоком и скоростью

На рисунке 1.12a жидкость подается в цилиндр со скоростью Q см ³ с ^-1 . Когда впускной клапан открывается впервые, наблюдается скачок давления по мере увеличения нагрузки, но затем давление возвращается к постоянному значению P = F / A кгс · см ^-2 , где A — площадь поршня. в см ² и F измеряется в кгс. Нагрузка возрастает со скоростью V = Q / A · см · с ^-1 , и очевидно, что скорость можно контролировать, регулируя расход Q.

На рис. 1.12b впускной клапан был закрыт, а выпускной клапан открыт, позволяя R cm ⁻³ s ⁻¹ вытекать из цилиндра. Снова наблюдается скачок давления (на этот раз отрицательный), когда нагрузка ускоряется вниз, но давление возвращается к P = F / A, когда достигается установившаяся скорость V = R / A см · с ^-1 .

Наконец, на Рисунке 1.12c оба клапана открыты. Чистый поток равен (Q — R), что дает скорость цилиндра (Q — R) / A, которая может быть положительной (возрастание) или отрицательной (падение) в зависимости от того, какой поток является наибольшим.Однако установившееся давление не изменяется при P = F / A.

В чем разница между законами Паскаля, Бойля и Чарльза?

Законы Бойля, Чарльза и Паскаля описывают основное поведение жидкостей в отношении объема, давления и температуры. Вот краткий обзор всех трех.

Закон Паскаля был установлен примерно в 1648 году французом Блезом Паскалем. В нем говорится, что давление, приложенное где-либо в замкнутой несжимаемой жидкости, передается одинаково во всех направлениях по всей этой жидкости.

Принцип Паскаля применим к ограниченной несжимаемой жидкости. Одно типичное применение можно найти в большинстве автомастерских, где есть лифт. Обычно воздух от компрессора подается на верхнюю часть масла в герметичном контейнере. Затем масло оказывает давление на гильзу / поршень, который поднимает автомобиль. Этот же принцип используется в гидравлических домкратах. Однако меньший гидроцилиндр должен перемещаться намного дальше, чем больший подъемный цилиндр. Это позволяет домкрату поднимать тяжелый груз с небольшим усилием, как в автогидравлическом подъемнике, но, конечно, не может быть умножения работы, поэтому в идеальном случае без потерь на трение.

Закон Бойля , основной закон химии, описывает поведение газа при постоянной температуре. Закон, открытый Робертом А. Бойлем в 1662 году, гласит, что при фиксированной температуре объем газа обратно пропорционален давлению, оказываемому газом. Другими словами, когда газ закачивается в замкнутое пространство, он сжимается, чтобы поместиться в это пространство, но давление, которое газ оказывает на контейнер, увеличивается.

Возможно, более прямое объяснение — сказать, что закон Бойля — это соотношение между давлением и объемом.Математически закон Бойля может быть записан как pV = k, где p — давление газа, V — объем газа, а k — постоянная величина.

Пример действия закона Бойля можно увидеть на воздушном шаре. В воздушный шар вдувается воздух; давление этого воздуха давит на резину, заставляя воздушный шар расширяться. Если один конец баллона сжимается, уменьшая объем, давление внутри увеличивается, в результате чего несжатая часть баллона расширяется.Однако существует предел того, насколько можно сжать воздух / газ, потому что в конечном итоге давление становится настолько большим, что воздушный шар разрывается.

Закон Шарля был впервые сформулирован Жозефом Луи Гей-Люссаком в 1802 году, но он приписал его неопубликованной работе Жака Шарля. В нем говорится, что если давление остается постоянным, объем массы газа пропорционален его абсолютной температуре. Абсолютная температура всегда на 273 Кельвина больше, чем температура по Цельсию.

Полезное выражение этого закона физики:

Где V ₁ — объем массы газа при температуре T ₁ (в кельвинах) и V ₂ — его объем после изменения температуры до T ₂ (в кельвинах).

Другая иллюстрация, полезная для понимания закона Чарльза, — это когда у вас есть одинаковое количество молекул в двух разных объемах, но они вытесняют разные объемы, потому что находятся при двух разных температурах.

На приведенном ниже графике представлена ​​формула и показано изменение объема или температуры.

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно поведения газов и жидкостей, обращайтесь в службу технической поддержки Clippard через Интернет или по телефону (877) 245-6247.

Вход и выход: демонстрация закона Бойля

Ключевые концепции
Физика
Газ
Давление
Том
Закон Бойля

Введение
Вы, наверное, уже открывали газировку раньше, и жидкая шипучка выливалась прямо из бутылки, создавая огромный беспорядок.Почему так случилось? Это связано с углекислым газом, который добавляется в жидкость, чтобы сделать ее газированной. Открытие бутылки сбрасывает внутреннее давление, в результате чего газожидкостная смесь вырывается из бутылки. В этом упражнении вы продемонстрируете с помощью воздушных и водных воздушных шаров, как газ меняет объем в зависимости от своего давления.

Фон
Разница между твердыми телами, жидкостями и газами заключается в поведении частиц (молекул или атомов).Частицы в твердых телах обычно плотно упакованы равномерно. Хотя частицы в жидкости также расположены близко друг к другу, они могут свободно перемещаться. Однако частицы газа широко распространены и занимают много места. Они продолжают распространяться на любое доступное пространство. Это означает, что, в отличие от жидкостей и твердых тел, объем газа не фиксирован. Роберт Бойль, химик и физик 17 века, обнаружил, что объем газа, то есть то, сколько места он занимает, зависит от его давления — и наоборот.Он обнаружил, что если давление в газе увеличивается, его объем сокращается. Если вы уменьшите его давление, его объем увеличивается.

Вы можете наблюдать реальное применение закона Бойля, когда наполняете шины велосипеда воздухом. Когда вы накачиваете воздух в шину, молекулы газа внутри шины сжимаются и сбиваются вместе. Это увеличивает давление газа, и он начинает давить на стенки шины. Вы можете почувствовать, как шина сжимается и уплотняется. Другой пример — бутылка содовой.Чтобы ввести в жидкость углекислый газ, всю бутылку обычно нагнетают под давлением. Пока бутылка закрыта, ее очень трудно сжать, поскольку газ ограничен небольшим пространством и давит на стенки бутылки. Однако, когда вы снимаете крышку, доступный объем увеличивается, и часть газа уходит. При этом его давление снижается.

Одним из важных подтверждений закона Бойля является наше собственное дыхание. Вдох и выдох в основном означают увеличение и уменьшение объема грудной клетки.Это создает низкое и высокое давление в наших легких, в результате чего воздух всасывается в легкие и выходит из легких. В этом упражнении вы создадите собственную демонстрацию закона Бойля.

Материалы

• Как минимум два небольших шара, например, водяные шары
• Большой пластиковый шприц (подойдет примерно 60 миллилитров), например детский шприц для орального лекарства (доступен в большинстве аптек). Убедитесь, что он герметичен и на нем нет иглы.
• Ножницы
• Вода

Препарат

• Используйте шприц, чтобы наполнить один баллон небольшим количеством воздуха, чтобы баллон по-прежнему помещался внутри шприца. Завяжите воздушный шар и обрежьте лишний материал над узлом.
• Наполните шприц водой.
• Используйте шприц, чтобы наполнить другой баллон водой, сделав его такого же размера, как баллон, наполненный воздухом.Завяжите его отверстие узлом и обрежьте оставшийся материал после узла.
• Удалите поршень из шприца так, чтобы он открылся на большом конце.

Процедура

• Поместите наполненный воздухом баллон прямо в большое отверстие в задней части шприца. Вставьте поршень в шприц и попробуйте протолкнуть баллон в кончик шприца . Насколько сложно вдавить поршень? Что происходит с воздухом внутри шприца?
• Снова оттяните поршень и переместите баллон в середину шприца.Затем закройте переднее отверстие (кончик) шприца одним пальцем и снова вставьте поршень в шприц. Что вы заметили? Как воздушный шар выглядит или меняется, когда вы вдавливаете поршень внутрь?
• Уберите палец с кончика шприца. Поместите баллон в наконечник шприца и вставьте поршень в шприц, пока он не коснется баллона. Затем закройте кончик шприца пальцем и полностью потяните поршень назад. Меняется ли форма воздушного шара? Если да, то как? Вы можете объяснить почему?
• Замените заполненный воздухом баллон внутри шприца баллоном, заполненным водой.Затем поместите поршень в шприц. Закройте кончик шприца пальцем и вставьте поршень в шприц как можно глубже. Как воздушный шар изменится на этот раз?
• Уберите палец с кончика шприца и вдавите поршень в шприц до упора, пока он не коснется баллона на кончике шприца. Затем снова закройте кончик шприца пальцем и попытайтесь оттянуть поршень назад как можно дальше. Что происходит с баллоном, наполненным водой? Он ведет себя иначе, чем воздушный шар? Если да, то как и почему?
• Extra : Используйте ту же настройку, но на этот раз добавьте воды в шприц в дополнение к заполненным воздухом и заполненным водой баллонам.Затем закройте кончик шприца и попробуйте вдавить поршень в шприц и снова вытащить его. Что происходит на этот раз? Как вода внутри шприца имеет значение?

Наблюдения и результаты
Вы видели, как воздух внутри воздушного шара сжимается и расширяется? Не закрывая кончик шприца пальцем, можно легко надавить на поршень. Воздух может выйти через отверстие на кончике шприца.Но когда вы закрываете шприц пальцем, воздух больше не выходит. Если вы нажмете на поршень, вы увеличите давление воздуха, и, таким образом, воздух в воздушном шаре сожмется или уменьшится в его объеме. Вы должны были видеть, как воздушный шар сморщился и стал меньше в размерах. Обратное происходит, когда вы закрываете отверстие шприца и оттягиваете поршень назад. На этот раз вы уменьшаете давление воздуха внутри шприца — и его объем увеличивается. В результате воздушный шар, наполненный воздухом, расширяется и увеличивается в размерах: прекрасное подтверждение закона Бойля!

Результаты выглядят иначе с баллоном, заполненным водой.Хотя при нажатии на поршень вы сжимаете воздух внутри шприца, вода внутри баллона не сжимается. Воздушный шар останется прежнего размера. Баллон с водой также сохраняет свою форму при вытягивании поршня при закрытии кончика шприца. В отличие от газов, жидкости несжимаемы, поскольку их частицы уже очень близко друг к другу. Закон Бойля применим только к газам.

Если вы также наполнили шприц водой, вы все равно должны были бы видеть, как наполненный воздухом баллон сжимается при вдавливании поршня в шприц.Заполненный воздухом баллон также должен был расшириться при вытягивании поршня, когда кончик шприца был закрыт. Однако вы могли заметить, что вы не могли толкать и вытаскивать поршень так далеко, как вы могли с помощью шприца, наполненного воздухом. Это опять же из-за того, что жидкости нельзя сжимать, как газы. Вы должны были заметить это также, когда пытались вдавить или втянуть поршень обратно в заполненный водой шприц с заполненным водой баллоном. Наверное, было невозможно сдвинуть поршень внутрь и наружу!

Больше для изучения
Закон Бойля, из НАСА
Азбука газа: Авогадро, Бойл, Чарльз, из TED-Ed
Надувание зефира, из Scientific American
How Do We Breathe ?, из Scientific American
Занятия STEM для детей от приятелей науки

Это мероприятие предоставлено вам в сотрудничестве с Science Buddies

11.10.Закон Гей-Люссака — температура и давление

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Закон Гей-Люссака
2. Резюме
3. Материалы и ссылки

Цели обучения

• Объясните закон Гей-Люссака.

Пропановые баллоны широко используются с грилями для барбекю. Но на полпути к грилю неинтересно узнать, что у вас закончился бензин. Вы можете купить манометры, которые измеряют давление внутри резервуара, чтобы узнать, сколько осталось. Манометр измеряет давление и регистрирует более высокое давление в жаркий день, чем в холодный. Поэтому вам нужно учитывать температуру воздуха, когда вы решаете, нужно ли наполнять бак перед следующим приготовлением пищи.

Закон Гей-Люссака

Когда температура пробы газа в жестком контейнере увеличивается, давление газа также увеличивается.Увеличение кинетической энергии приводит к тому, что молекулы газа ударяются о стенки контейнера с большей силой, что приводит к большему давлению. Французский химик Жозеф Гей-Люссак (1778-1850) обнаружил связь между давлением газа и его абсолютной температурой. Закон Гей-Люссака гласит, что давление данной массы газа напрямую зависит от абсолютной температуры газа, когда объем поддерживается постоянным. Закон Гей-Люссака очень похож на закон Чарльза, с той лишь разницей, что тип контейнера.В то время как контейнер в эксперименте с законом Чарльза является гибким, в эксперименте с законом Гей-Люссака он является жестким.

Математические выражения закона Гей-Люссака аналогичны формулам закона Чарльза:

\ [\ frac {P} {T} \: \: \: \ text {и} \: \: \: \ frac {P_1} {T_1} = \ frac {P_2} {T_2} \]

График зависимости давления от температуры также демонстрирует прямую зависимость. Поскольку газ охлаждается до постоянного объема, его давление постоянно уменьшается, пока газ не конденсируется в жидкость.\ text {o} \ text {C} = 1118 \: \ text {K} \)

Находка: \ (P_2 =? \: \ Text {atm} \)

Сначала температуры были переведены в градусы Кельвина.

Спланируйте проблему.

Сначала измените уравнение алгебраически, чтобы найти \ (P_2 \).

\ [P_2 = \ frac {P_1 \ times T_2} {T_1} \]

Рассчитать.

Теперь подставьте известные величины в уравнение и решите.

\ [P_2 = \ frac {3.00 \: \ text {atm} \ times 1118 \: \ cancel {\ text {K}}} {298 \: \ cancel {\ text {K}}} = 11.3 \: \ текст {atm} \]

Сводка

• Давление и температура при постоянном объеме прямо пропорциональны.

Материалы и авторство

Эта страница была создана на основе содержимого следующими участниками и отредактирована (тематически или всесторонне) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

История газов и плазмы — временная шкала — Science Learning Hub

Используйте эту временную шкалу, чтобы взглянуть на некоторые исторические аспекты в развитии нашего понимания газов и плазмы.

1644 — Изобретение барометра

Евангелиста Торричелли (1608–1647), ученица Галилея, изобретает барометр, чтобы доказать, что атмосфера Земли имеет вес. Его барометр состоит из наполнения стеклянной трубки, запечатанной с одного конца, ртутью и опрокидывания в чашу, содержащую дополнительную ртуть.

1648 — Давление воздуха и высота

Блез Паскаль (1623–1662) ввел термин «давление» для обозначения веса воздуха в атмосфере Земли.Используя барометр Торричелли, он сравнивает давление у подножия горы с давлением на вершине. Он обнаруживает, что давление воздуха падает с высотой над базовым уровнем.

1662 — Закон Бойля

Роберт Бойль (1627–1691) исследует взаимосвязь между объемом фиксированной массы газа при постоянной температуре и давлением, действующим на нее. Он обнаруживает, что давление обратно пропорционально объему. Формула закона Бойля записывается как P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂ .

1702 — Закон Амонтона

Гийом Амонтон (1663–1705) исследует взаимосвязь между давлением газа и его температурой. Он обнаруживает, что в диапазоне от замерзания до кипения давление увеличивается примерно на треть. Закон Амонтона можно записать как P ₁ / T ₁ = P ₂ / T ₂ .

1714 — Первый стеклянный ртутный термометр

Даниэль Габриэль Фаренгейт (1686–1736) сконструировал стеклянный ртутный термометр и разработал температурную шкалу, названную в его честь.Три используемые калибровочные точки представляют собой замораживающую смесь льда / соли (0 ° F), смесь воды / льда (32 ° F) и температуру человеческого тела (96 ° F).

1742 — Температурная шкала Цельсия

Андерс Цельсий (1701–1744) разработал новую температурную шкалу, основанную на точках замерзания и кипения воды. По шкале Цельсия точка замерзания составляет 100 °, а точка кипения — 0 °. Через год после его смерти шкала изменилась, чтобы сделать ее более практичной.

1780 — Термометр Джеймса Сикса

Джеймс Сикс (1731–1793) изобретает термометр, позволяющий измерять максимальную и минимальную температуру за определенный период времени.Он оказался наиболее полезным для метеорологов, и его базовая конструкция используется до сих пор.

1787 — Закон Чарльза

С недавним развитием точных термометров Жак Шарль (1746–1823) может исследовать взаимосвязь между объемом газа и его температурой. Современная интерпретация его результатов утверждает, что V ₁ / T ₁ = V ₂ / T ₂ .

1801 — Закон Далтона

Интерес Джона Далтона (1776–1844) к погоде побуждает его изучать газы.Он первым заметил, что давление смеси газов — это сумма давлений различных газов в смеси. Закон Дальтона принимает форму P _T = P ₁ + P ₂ + P ₃ + …

1803 — Закон Генри

Уильям Генри (1774–1836) обнаруживает, что растворимость газа в жидкости прямо пропорционально давлению газа. Закон Генри имеет вид S _г = kP _г , где S _г — растворимость газа, а P _г — давление газа.

1808 — Закон Гей-Люссака

Жозеф Луи Гей-Люссак (1778–1850) формулирует два газовых закона. Один, основанный на законе Амонтона, связывает давление газа и его температуру. Другой, объединяющий закон объемов, относится к газовым реакциям и объемным отношениям реагентов и продуктовых газов.

1811 — Закон Авогадро

Амедео Авогадро (1776–1856) расширяет работу Гей-Люссака, предполагая, что газы состоят из очень маленьких частиц, называемых молекулами. Его закон гласит, что равные объемы газов при одинаковых условиях температуры и давления содержат равное количество молекул.

1834 — Уравнение идеального газа

Эмиль Клапейрон (1799–1864) может объединить законы Бойля, Чарльза и Авогадро в форму, известную как уравнение идеального газа. Современная форма этого закона гласит, что PV = nRT, где n — количество молей газа, а R — универсальная газовая постоянная.

1846 — Закон Грэма

Томас Грэм (1805–1869) изучает способ смешивания газов путем диффузии, а также их истечение через полупроницаемый барьер. Он может показать, что скорость истечения обратно пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы газа.

1848 — Температурная шкала Кельвина

Лорд Кельвин (Уильям Томсон) (1824–1907) признает необходимость температурной шкалы, нулевая точка которой эквивалентна «бесконечному холоду» или абсолютному нулю. Он подсчитал, что абсолютный ноль эквивалентен -273 ° C. Шкала Кельвина используется в современной науке.

1857 — Кинетико-молекулярная теория

Рудольф Клаузиус (1822–1888) развивает кинетическую теорию газов в более сложную и систематизированную форму. Он вводит понятие длины свободного пробега и связывает температуру со скоростью газовых частиц.Физические свойства газов теперь можно объяснить с помощью частиц.

1873 — Уравнение состояния

Йоханнес ван дер Ваальс (1837–1923) понимает, что законы газа и кинетико-молекулярная теория основаны на идеализированном газе. Он разрабатывает уравнение, основанное на поведении реального газа, которое учитывает силы притяжения между частицами газа и объем, занимаемый каждой частицей.

1879 — Четвертое состояние вещества

Сэр Уильям Крукс использует устройство (сегодня известное как трубка Крукса) для образования ионизированного воздуха путем пропускания электрического разряда через газ под низким давлением в запечатанной трубке.Он называет его «сияющей материей» из-за его качества свечения.

1898 –– Аналогия кинетической теории

Уильям Рамзи (1852–1916), наиболее известный своим открытием благородных газов, пишет дискуссионный документ по кинетической теории газов и использует аналогию футболистов, которых сравнивают с «людьми». молекулы движутся и сталкиваются во время игры.

1924 — Существование ионосферы

Эдвард Эпплтон наконец устанавливает наличие наэлектризованного проводящего слоя в верхних слоях атмосферы Земли.Роберт Уотсон-Ватт в 1926 году назвал этот слой ионизированного газа «ионосферой».

1928 — Ленгмюр ввел термин «плазма»

Ирвин Ленгмюр дал название «плазма» этому четвертому состоянию материи, как Способ, которым наэлектризованный газ переносит электроны и ионы с высокой скоростью, напоминает ему, как плазма крови переносит красные и белые кровяные тельца. Он заменяет термин Крукса «сияющая материя».

Законы о газе — гипертекст по физике

Обсуждение

введение

Газовые законы представляют собой набор интуитивно очевидных утверждений для большинства в сегодняшнем западном мире.Трудно поверить, что когда-то их не понимали. И все же кто-то должен был заметить эти отношения и записать их. По этой причине многих студентов учат трем важнейшим законам о газе по именам их первооткрывателей. Однако, поскольку законы известны под разными именами в разных странах и (что более важно), так как я никогда не могу вспомнить, кому принадлежит какой закон, не обращаясь к примечаниям, я не буду следовать этой конвенции.

давление-объем (постоянная температура)

Что происходит с объемом газа при изменении давления на него.Давайте попробуем провести следующий эксперимент с оборудованием, которое может быть у вас на кухне.

Зефир представляет собой смесь сахара, воздуха и желатина. Сахар делает их сладкими, воздух — пушистыми, а желатин — эластичными.Зефир — это замороженная пена, по объему она в основном воздушная. При помещении в вакуумный насос они расширяются при понижении давления. Сломайте пломбу на контейнере, и они сожмутся во время восстановления нормального атмосферного давления. Поскольку вакуумный насос натягивает зефир достаточно сильно, чтобы лопнуть некоторые из пузырьков воздуха, они на самом деле немного меньше и более сморщиваются в конце этого эксперимента. Это иллюстрирует фундаментальное, но важное свойство газов. Давление газа обратно пропорционально его объему при постоянной температуре.Символически…

или

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂ = постоянный

Эта корреляция была независимо обнаружена Робертом Бойлом (1627–1691) из Ирландии в 1662 году и Эдме Мариоттом (1620–1684) из Франции в 1676 году.В Великобритании, Америке, Австралии, Вест-Индии и других остатках Британской империи он называется законом Бойля , а в континентальной Европе и других местах — законом Мариотта .

Мариотт добавил важное положение о том, что температура остается постоянной. Бойль не упомянул об этом, но данные, которые он использовал для вывода своего закона, скорее всего, были собраны в период, когда температура не претерпевала каких-либо значительных изменений. Поскольку газ должен находиться в тепловом равновесии с окружающей средой (или каким-либо другим тепловым резервуаром) для поддержания равномерной температуры, соотношение давление-объем обычно применяется только к «медленным» процессам.Показанный выше эксперимент с зефиром и вакуумом является примером «медленного» процесса. Давление снижается достаточно медленно, чтобы тепло окружающей среды могло поддерживать банку и ее содержимое почти при комнатной температуре. Такое превращение, которое происходит без изменения температуры, называется изотермическим .

Прокачка велосипедной шины ручным насосом — это пример «быстрого» процесса. Работа, выполняемая при нажатии на поршень, трансформируется в увеличение внутренней энергии (и, следовательно, повышение температуры) молекул воздуха внутри насоса.Люди, знакомые с ручными велосипедными насосами, подтвердят, что после использования они становятся горячими. Точно так же, когда газу позволяют расширяться в область пониженного давления, он действительно воздействует на окружающую среду. Энергия для выполнения этой работы исходит от внутренней энергии газа, поэтому температура газа падает. Вы можете испытать это сами, не прибегая к помощи каких-либо устройств, кроме рта. Сожмите губы так, чтобы у рта было только крошечное отверстие наружу, и дуйте с силой. Воздух, выходящий из вашего рта, будет довольно прохладным, несмотря на то, что он исходит из ядра вашего тела, которое обычно довольно горячее (около 37 ° C).Во время «быстрого» процесса, подобного только что описанному, давление и объем изменяются так быстро, что у тепла не хватает времени, чтобы войти или выйти из газа, чтобы поддерживать постоянную температуру. Такое преобразование, которое происходит без какого-либо теплового потока, называется адиабатическим .

объем-температура (постоянное давление)

Что происходит с объемом газа при изменении его температуры? Попробуем еще один кухонный эксперимент.

Хлеб изготавливается из пшеничной муки, воды, дрожжей и небольшого количества сахара. Дрожжи — это крошечные микроорганизмы. Вполне возможно, что это первые одомашненные животные, и, как и собаки и лошади, дрожжи были выведены для разных целей. Так же, как у нас есть сторожевые собаки, болонки и охотничьи собаки; упряжные лошади, скаковые лошади и боевые лошади; у нас также есть пивные дрожжи, шампанские дрожжи и хлебные дрожжи.Хлебные дрожжи были селективно выращены, чтобы поедать сахар и отрыгивать углекислый газ (CO ₂ ). Когда пшеничная мука и вода смешиваются вместе и замешиваются, молекулы белка измельчаются и растягиваются до тех пор, пока они не выровняются, чтобы образовать вещество, называемое глютеном, которое, как и жевательная резинка, является эластичным и пластичным. Дайте этой специальной матрице отстояться, и выделившийся из дрожжей CO ₂ окажется в тысячах крошечных упругих эластичных карманов. По мере продолжения этого процесса эти крошечные карманы расширяются, в результате чего объем теста увеличивается или увеличивается в процессе, называемом расстойка .Теперь у нас есть пушистая мармеладная капля, готовая для духовки.

Пока там тесто снова расширяется, но его время это не из-за действия микроорганизмов (все они умирают около точки кипения воды). На этот раз дело в жаре, а точнее в температуре. Температура внутри хлебной печи примерно на 50% выше (в абсолютном выражении), чем температура снаружи. Точно так же испеченный хлеб, который выходит из хлебной печи, также примерно на 50% больше, чем тесто комнатной температуры, которое идет в него.Этот отечественный пример прекрасно иллюстрирует фундаментальное свойство газов. При постоянном давлении объем газа прямо пропорционален его температуре. Символически…

V ∝ T ( P постоянная)

Хотя это, без сомнения, известно и неофициально понято миллиардами пекарей с самого начала цивилизации, точное математическое соотношение было впервые обнаружено французским физиком Гийомом Амонтоном (1663–1705) в 1699 году. Эксперимент был повторен намного позже Жаком Шарлем (1746). –1823) в 1787 году и намного позже Жозефом Гей-Люссаком (1778–1850) в 1802 году.Чарльз не опубликовал свои выводы, но Гей-Люссак опубликовал. Чаще всего он называется законом Чарльза в британской сфере влияния и законом Гей-Люссака во Франции, но никогда законом Амонтона.

Изобарический процесс — это процесс, который происходит без каких-либо изменений давления .

Давайте вспомним, что означает, когда две величины прямо пропорциональны, такие как объем и температура. Нагрейте газ, и его объем расширится.Охладите его, и его объем уменьшится. Две величины изменяются в одном направлении. Более конкретно, увеличение одного приводит к пропорциональному увеличению другого, а уменьшение одного приводит к пропорциональному уменьшению другого. Например…

• Удвоение абсолютной температуры воздуха в цилиндре двигателя увеличивает его объем вдвое.
• Уменьшение вдвое абсолютной температуры воздуха в пакете с картофельными чипсами приведет к его уменьшению вдвое от первоначального объема.
• Абсолютная температура хлебной печи в полтора раза выше комнатной. Таким образом, буханка выпеченного хлеба, выходящая из духовки, имеет на 50% больше объема, чем шарик теста, который в нее вошел.

Здесь где-то работает симметрия. Симметрия — это изменение одной величины, которое оставляет неизменной другую, более фундаментальную величину. Это что-то вроде умножения числителя и знаменателя дроби на одно и то же.

Нет, погодите, это именно так.Единственный способ, которым две величины могут изменяться прямо пропорционально, — это если их соотношение остается постоянным. Таким образом…

давление-температура (постоянный объем)

Исправьте и это.

Давление газа прямо пропорционально его температуре при постоянном объеме.Символически…

P ∝ T ( V постоянная)

Изохорный процесс — это процесс, который происходит без каких-либо изменений в объеме .

У этой связи на самом деле нет названия, но я слышал, что ее называют «законом давления» или (ошибочно) «законом Гей-Люссака».

Температура падает на 6 ° C на каждые 1000 м высоты.

абсолютная температура

В 1703 году Амонтонс заявил…?

Двойная комнатная температура, 293 K = 20 ° C, и вы получите 586 K = 313 ° C, а не 40 ° C.

полный закон идеального газа

Утверждения о пропорциональности сегодня не так популярны в 21 веке, как в 19 веке и ранее. Мы живем в эпоху, когда все решает уравнение. В этом фокусе есть хорошее и плохое. Уравнения передают много информации в нескольких символах, поэтому они так популярны, но они также являются костылем; устройство, используемое для поддержки слабого понимания и придания ему силы. Уравнения могут использоваться учащимся, не понимающим, для подделки компетенций.

«Я ввел числа в уравнение и получил правильный ответ. Поскольку у меня есть правильный ответ, я умен».

Опытный? Безусловно. Умная? Не обязательно.

Тем не менее, было бы неплохо иметь уравнение для тех случаев, когда все, что вам нужно сделать, это просто выполнить работу с минимумом хлопот.

Объедините три вместе.

Есть два способа записать полное изложение закона идеального газа в виде уравнения…

функциональная термодинамика

PV = nRT

где…

и

статистическая термодинамика

PV = NkT

где…

и

Вязкость — Гипертекст по физике

Обсуждение

определений

Неформально вязкость — это величина, которая описывает сопротивление жидкости потоку. Жидкости сопротивляются относительному движению погруженных в них объектов через них, а также движению слоев с разными скоростями внутри них.

Формально вязкость (обозначенная символом η «eta») — это отношение напряжения сдвига ( F / A ) к градиенту скорости (∆ v _x / ∆ z или dv _x / dz ) в жидкости.

или

Более обычная форма этой зависимости, называемая уравнением Ньютона , утверждает, что результирующий сдвиг жидкости прямо пропорционален приложенной силе и обратно пропорционален ее вязкости. Сходство со вторым законом движения Ньютона ( F = ma ) должно быть очевидным.

Или, если вы предпочитаете символы исчисления (а кто нет)…

Единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда [Па · с], которая не имеет специального названия.Несмотря на самопровозглашенное название международной системы, Международная система единиц мало повлияла на вязкость в международном масштабе. Сегодня паскаль-секунда редко используется в научно-технической литературе. Наиболее распространенной единицей вязкости является дин-секунда на квадратный сантиметр [дин-с / см ² ], получившая название пуаз [P] в честь французского физиолога Жана Пуазейля (1799–1869). Десять пуаз равны одной паскаль-секунде [Па · с], что делает сантипуаз [сП] и миллипаскаль-секунду [мПа · с] идентичными.

На самом деле есть две величины, которые называются вязкостью. Величина, определенная выше, иногда называется динамической вязкостью , абсолютной вязкостью или простой вязкостью , чтобы отличить ее от других величин, но обычно это просто вязкость.Другая величина, называемая кинематической вязкостью , (обозначается греческой буквой ν «ню») — это отношение вязкости жидкости к ее плотности.

Кинематическая вязкость — это мера сопротивления потока жидкости под действием силы тяжести. Его часто измеряют с помощью устройства, называемого капиллярным вискозиметром — в основном это градуированная банка с узкой трубкой на дне. Когда две жидкости равного объема помещаются в одинаковые капиллярные вискозиметры и позволяют течь под действием силы тяжести, более вязкая жидкость протекает через трубку дольше, чем менее вязкая.Более подробно капиллярные вискозиметры будут рассмотрены позже в этом разделе.

Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ — квадратных метров в секунду [м ² / с], не имеющая специального названия. Этот агрегат настолько велик, что используется редко. Более распространенная единица кинематической вязкости — квадратных сантиметров в секунду [см ² / с], получившая название Stokes [St] в честь ирландского математика и физика Джорджа Стокса (1819–1903).Один квадратный метр в секунду равен десяти тысячам стоек.

Даже эта единица измерения слишком велика, поэтому наиболее распространенной единицей измерения является, вероятно, квадратных миллиметров в секунду [мм ² / с] или сантистоксов [сСт].Один квадратный метр в секунду равен одному миллиону сантистоксов.

Stokes — редкий пример слова в английском языке, в котором формы единственного и множественного числа идентичны. Рыба — самый непосредственный пример такого слова.1 рыба, 2 рыбы, красная рыба, синяя рыба; 1 сток, 2 стокса, несколько стоксов, несколько стоксов.

факторов, влияющих на вязкость

Вязкость в первую очередь зависит от материала. Вязкость воды при 20 ° C составляет 1,0020 миллипаскаль секунды (что удобно близко к единице только по совпадению). Большинство обычных жидкостей имеют вязкость порядка от 1 до 1000 мПа с, в то время как газы имеют вязкость от 1 до 10 мкПа с. Пасты, гели, эмульсии и другие сложные жидкости сложнее обобщить.Некоторые жиры, такие как масло или маргарин, настолько вязкие, что кажутся больше похожими на мягкие твердые вещества, чем на текущие жидкости. Расплавленное стекло чрезвычайно вязкое и по мере затвердевания приближается к бесконечной вязкости. Поскольку этот процесс не так хорошо определен, как истинное замораживание, некоторые считают (ошибочно), что стекло все еще может течь даже после полного охлаждения, но это не так. При обычных температурах стекла такие же твердые, как и настоящие твердые тела.

Из повседневного опыта должно быть известно, что вязкость зависит от температуры.Мед и сиропы могут течь легче при нагревании. Моторное масло и гидравлические жидкости значительно загустевают в холодные дни и существенно влияют на работу автомобилей и другой техники в зимние месяцы. Как правило, вязкость простой жидкости уменьшается с повышением температуры. С повышением температуры средняя скорость молекул в жидкости увеличивается, а время, которое они проводят «в контакте» со своими ближайшими соседями, уменьшается. Таким образом, с повышением температуры средние межмолекулярные силы уменьшаются.Фактический способ изменения этих двух величин является нелинейным и резко меняется, когда жидкость меняет фазу.

Вязкость обычно не зависит от давления, но жидкости под экстремальным давлением часто имеют повышенную вязкость. Поскольку жидкости обычно несжимаемы, увеличение давления на самом деле не приводит к значительному сближению молекул. Простые модели молекулярных взаимодействий не могут объяснить это поведение, и, насколько мне известно, не существует общепринятой более сложной модели, которая бы подходила.Жидкая фаза, вероятно, наименее изучена из всех фаз вещества.

В то время как жидкости становятся более жидкими по мере того, как они нагреваются, газы становятся более густыми. (Если представить себе «густой» газ.) Вязкость газов увеличивается с увеличением температуры и приблизительно пропорциональна квадратному корню из температуры. Это связано с увеличением частоты межмолекулярных столкновений при более высоких температурах. Поскольку большую часть времени молекулы в газе свободно летают через пустоту, все, что увеличивает количество раз, когда одна молекула контактирует с другой, снижает способность молекул в целом участвовать в скоординированном движении.Чем больше эти молекулы сталкиваются друг с другом, тем более беспорядочным становится их движение. Физические модели, выходящие за рамки этой книги, существуют уже почти столетие, которые адекватно объясняют температурную зависимость вязкости в газах. Новые модели работают лучше, чем старые. Они также согласны с наблюдением, что вязкость газов примерно не зависит от давления и плотности. Газовая фаза, вероятно, является наиболее изученной из всех фаз материи.

Поскольку вязкость настолько зависит от температуры, без нее нельзя указывать ее.

моторное масло

Моторное масло похоже на любую другую жидкость тем, что его вязкость зависит от температуры и давления. Поскольку можно предвидеть условия, в которых будет эксплуатироваться большинство автомобилей, поведение моторного масла можно определить заранее.В США организацией, устанавливающей стандарты характеристик моторных масел, является Общество автомобильных инженеров (SAE). Схема нумерации SAE описывает поведение моторных масел в условиях низких и высоких температур — условий, которые соответствуют температуре запуска и эксплуатации. Первое число, за которым всегда следует буква W для зимы, описывает низкотемпературное поведение масла при запуске, а второе число описывает высокотемпературное поведение масла после того, как двигатель проработал некоторое время.Более низкие значения SAE относятся к маслам, которые предназначены для использования при более низких температурах. Масла с низкими числами SAE обычно более текучие (менее вязкие), чем масла с высокими числами SAE, которые имеют тенденцию быть более густыми (более вязкими).

Например, масло 10W-40 будет иметь вязкость не более 7000 мПа с в картере холодного двигателя, даже если его температура упадет до -25 ° C холодной зимней ночью и вязкость не менее 2,9 мПа с в детали двигателя под высоким давлением вблизи точки перегрева (150 ° C).

вискозиметр капиллярный

Математическое выражение, описывающее течение жидкости в круглых трубках, было определено французским врачом и физиологом Жаном Пуазейлем (1799–1869).Поскольку оно было также независимо открыто немецким инженером-гидротехником Готтильфом Хагеном (1797–1884), оно должно быть правильно известно как уравнение Хагена-Пуазейля , но обычно его называют просто уравнением Пуазейля . Я не буду выводить это здесь. (Пожалуйста, не просите меня об этом.) Для нетурбулентного, непульсирующего потока жидкости через однородную прямую трубу объемный расход ( q _м ) составляет…

• прямо пропорциональна разности давлений (∆ P ) между концами трубки
• обратно пропорционально длине (ℓ) трубки
• обратно пропорционально вязкости (η) жидкости
• пропорционально четвертой степени радиуса ( r ⁴ ) трубки

Определите вязкость, если это то, что вы хотите знать.

… продолжайте писать…

падающая сфера

Математическое выражение, описывающее силу вязкого сопротивления на сфере, было определено британским физиком XIX века Джорджем Стоуксом. Я не буду выводить это здесь. (Еще раз, не спрашивайте.)

R = 6πη rv

Формула подъемной силы, действующей на сферу, была утверждена древнегреческим инженером Архимедом из Сиракуз, но уравнения тогда еще не были изобретены.

B = ρ _{жидкость} gV _{смещенный}

Формула веса должна была быть изобретена кем-то, но я не знаю кто.

W = мг = ρ _объект gV _объект

Давайте объединим все это вместе для сферы, падающей в жидкость. Вес падает, плавучесть увеличивается, сопротивление увеличивается. Через некоторое время сфера упадет с постоянной скоростью. Когда это произойдет, все эти силы аннулируются.Когда сфера падает сквозь жидкость, она полностью погружается в воду, поэтому можно говорить только об одном объеме — объеме сферы. Давайте поработаем над этим.

И вот мы.

Бросьте шар в жидкость. Если вы знаете размер и плотность шара, а также плотность жидкости, вы можете определить вязкость жидкости. Если вы не знаете плотность жидкости, вы все равно можете определить кинематическую вязкость. Если вы не знаете плотность сферы, но знаете ее массу и радиус, тогда вы знаете ее плотность. Почему ты со мной разговариваешь? Вернитесь на несколько глав назад и получите образование.

Стоит ли писать еще?

неньютоновские жидкости

Уравнение Ньютона связывает напряжение сдвига и градиент скорости с помощью величины, называемой вязкостью.Ньютоновская жидкость — это жидкость, в которой вязкость является просто числом. Неньютоновская жидкость — это жидкость, вязкость которой является функцией некоторой механической переменной, такой как напряжение сдвига или время. (Считается, что неньютоновские жидкости, которые изменяются со временем, имеют память .)

Некоторые гели и пасты ведут себя как жидкость при работе или взбалтывании, а затем переходят в почти твердое состояние в состоянии покоя. Такие материалы являются примерами жидкостей для разжижения сдвига. Краска для дома — это жидкость, разжижающая сдвиг, и это тоже хорошо.Чистка щеткой, прокатка или распыление — это средства временного приложения напряжения сдвига. Это снижает вязкость краски до точки, при которой она может вытекать из аппликатора на стену или потолок. После снятия напряжения сдвига краска возвращается к своей остаточной вязкости, которая настолько велика, что соответствующий тонкий слой ведет себя больше как твердое тело, чем жидкость, и краска не растекается и не капает. Подумайте, каково было бы рисовать водой или медом для сравнения. Первый всегда слишком жидкий, а второй — слишком липкий.

Зубная паста — еще один пример материала, вязкость которого снижается под действием нагрузки. Зубная паста, находящаяся внутри тюбика, ведет себя как твердое вещество. Он не будет вытекать самопроизвольно, когда колпачок снят, но он потечет, когда вы надавите на него. Теперь он перестает вести себя как твердое тело и начинает действовать как густая жидкость. когда она попадает на вашу зубную щетку, напряжение снимается, и зубная паста возвращается в почти твердое состояние. Вам не нужно беспокоиться о том, что он стекает с кисти, когда вы подносите ее ко рту.

Жидкости для разжижения при сдвиге можно разделить на одну из трех основных групп. Материал, вязкость которого снижается под действием напряжения сдвига, но остается постоянной во времени, называется псевдопластическим . Материал, вязкость которого снижается под действием напряжения сдвига, а затем продолжает уменьшаться со временем, называется тиксотропным . Если переход от высокой вязкости (почти полутвердой) к низкой (по существу, жидкой) происходит только после того, как напряжение сдвига превышает некоторое минимальное значение, то говорят, что материал представляет собой пластик bingham .

Материалы, которые загустевают при работе или перемешивании, называются загустителями при сдвиге . Пример, который часто демонстрируют в классах естественных наук, — это паста из кукурузного крахмала и воды (смешанная в правильных пропорциях). Получающаяся в результате странная слизь ведет себя как жидкость при медленном сжатии и как эластичное твердое вещество при быстром сжатии. Честолюбивые демонстранты науки наполнили резервуары этим веществом, а затем наткнулись на него. Пока они движутся быстро, поверхность действует как кусок твердой резины, но в тот момент, когда они перестают двигаться, паста ведет себя как жидкость, и демонстратор принимает ванну с кукурузным крахмалом.Из-за утолщения при сдвиге из ванны трудно выйти. Чем усерднее вы работаете, чтобы выбраться, тем сильнее материал втягивает вас обратно. Единственный способ избежать этого — двигаться медленно.

Материалы, которые под воздействием стресса становятся почти твердыми, — это больше, чем просто любопытство. Они идеальные кандидаты для бронежилетов и защитной спортивной набивки. Пуленепробиваемый жилет или наколенник, сделанный из материала, утолщающего сдвиг, будет гибким и податливым для легких нагрузок, возникающих при обычных движениях тела, но станет твердым как камень в ответ на травматическое напряжение, вызванное оружием или падением на землю.

Загустители при сдвиге также делятся на две группы: жидкости с зависящей от времени вязкостью (материалы с памятью) и жидкости с вязкостью, не зависящей от времени (материалы без памяти). Если увеличение вязкости со временем увеличивается, говорят, что материал реопектичный . Если увеличение примерно прямо пропорционально напряжению сдвига и не меняется с течением времени, говорят, что материал является дилатантом .

С небольшой корректировкой уравнение Ньютона может быть записано как степенной закон , который обрабатывает псевдопластики и дилантанты — уравнение Оствальда-де Ваэля …

, где η вязкость заменяется на k индекс консистенции потока [Па · с ⁿ ], а градиент скорости повышается до некоторой степени n , называемый индексом поведения потока [безразмерный].Последнее число зависит от класса жидкости.

Для работы с пластиками Бингема необходима другая модификация уравнения Ньютона — уравнение Бингема …

, где σ _y — предел текучести [Па], а η _pl — пластическая вязкость [Па · с].Первое число отделяет пластик Бингема от ньютоновских жидкостей.

Объединение степенного закона Оствальда-де Ваэля с пределом текучести Бингема дает нам более общее уравнение Гершеля-Балкли …

, где снова σ _y — это предел текучести [Па], k — это индекс консистенции потока , [Па с ⁿ ], а n — индекс поведения потока . [безразмерный].

вязкоупругость

Когда к объекту прикладывается сила ( F ), может произойти одно из четырех событий.

1. Он может разогнать в целом, и в этом случае будет применяться второй закон движения Ньютона …

   F = ma

   Этот термин нам сейчас не интересен. Мы уже обсуждали такое поведение в предыдущих главах. Масса ( м, ) — это сопротивление ускорению ( a ), которое является второй производной от положения ( x ).Перейдем к чему-то новому.

2. Он может течь как жидкость, что может быть описано этим соотношением …

   F = — bv

   Это упрощенная модель, в которой сопротивление прямо пропорционально скорости ( v ), первой производной от положения ( x ). Мы использовали это в задачах о конечных скоростях только потому, что они давали легко решаемые дифференциальные уравнения. Мы также использовали его в затухающем гармоническом осцилляторе, опять же потому, что он давал дифференциальные уравнения, которые было легко решить (во всяком случае, относительно легко).Константу пропорциональности ( b ) часто называют коэффициентом демпфирования.

3. Он может деформировать , как твердое тело, согласно закону Гука …

   F = — kx

   Константа пропорциональности ( k ) — это жесткость пружины. Позиция ( x ) не является частью какой-либо производной и не повышается до какой-либо степени.

4. Может застрять …

   F = — F

   Этот символ f делает вид, будто мы обсуждаем статическое трение.В жидкостях (а точнее, неньютоновских жидкостях) такой термин связан с пределом текучести. Позиция ( x ) никак не задействована.

Сложите все вместе и укажите ускорение и скорость как производные от положения.

Это дифференциальное уравнение суммирует возможное поведение объекта.Интересно то, что он смешивает поведение жидкостей и твердых тел. Более интересно то, что бывают случаи, когда оба поведения будут присутствовать в одном предмете. Материалы, которые текут как жидкости и деформируются как твердые тела, считаются вязкоупругими — очевидное сочетание вязкости и эластичности. Изучение материалов с текучими и твердыми свойствами называется реология , что происходит от греческого глагола ρέω ( reo ) — течь.

Какая старая книга подсказала мне эту идею? Что мне написать дальше?