Изучив свойства и строение твёрдых, жидких и аморфных тел, для которых характерны дальний или ближний порядок в расположении частиц, перейдём к рассмотрению свойств и строения газообразных тел. Для газов характерно полное отсутствие порядка в расположении и движении частиц. Как говорят физики, во всех газах их частицы расположены и движутся хаотически (греч. «хаос» – беспорядок).

Вы знаете много газов: водород, кислород, углекислый газ, водяной пар, пары ртути, азот, озон, хлор, воздух (как смесь газов). Все они очень разные. Водород лёгкий, а углекислый газ тяжёлый; азот не пахнет, а озон «щиплет» нос; водяные пары безвредны, а пары ртути ядовиты; воздух бесцветный, а хлор имеет жёлто-зелёный цвет. Эти свойства у газов разные, но есть и общие.

Во-первых, все газы очень хорошо поддаются сжатию. Их можно сжать в 100 и более раз. Во-вторых, все газы подчиняются закону Паскаля, передавая оказанное на них давление в другие части сосуда. В-третьих, в отличие от жидкостей, газы всегда оказывают давление, даже в невесомости. Как же можно объяснить эти общие свойства всех газов? На этот вопрос отвечает молекулярно-кинетическая теория.

Строение газообразных тел. При обычных условиях расстояния между частицами газа во много раз больше размеров самих частиц, а кинетическая энергия их движения гораздо больше (по модулю) потенциальной энергии их притяжения друг к другу и/или к Земле. Поэтому частицы газа практически свободно летают, сталкиваясь друг с другом и «бомбардируя» стенки сосуда, в котором находятся.

Таково объяснение давления газов. Оно будет справедливым и в условиях невесомости, где давление газов сохраняется в отличие от давления твёрдых и жидких тел.

1. Цель этого параграфа – изучение ...
2. Каково их «внутреннее» строение?
3. Как короче описать строение всех газов?
4. Приведите примеры известных вам газов.
5. Какие свойства у перечисленных газов различные?
6. Какое первое названное нами общее свойство всех газов?
7. Какое второе, присущее всем газам, общее свойство?
8. Какое третье названное нами общее свойство всех газов?
9. Охарактеризуйте расположение и энергию частиц газа.
10. Следствие такой энергетической характеристики: ...

Заметим, что давление жидкости имеет совсем иное происхождение: вышележащие слои жидкости своим весом придавливают нижележащие слои (поэтому по мере опускания ко дну сосуда давление возрастает). В каждом слое из-за частых соударений частиц давление передаётся во все стороны, в том числе и на стенки сосуда. Поэтому в условиях невесомости (где жидкость и её отдельные слои не имеют веса) давление жидкости на дно и стенки сосуда будет равно нулю.

Это важное отличие происхождения давления газа от давления жидкости подтверждает опыт. На рисунке изображены два сосуда: левый – с жидкостью, а правый – с газом. Сосуды снабжены манометрами: вблизи дна, в средней части и вблизи горловины. Взгляните: у сосуда с газом манометры показывают одинаковые давления, а у сосуда с жидкостью – возрастающие значения по мере опускания. Причина этого – различный «механизм» происхождения давления в жидкостях и газах.

Объясним теперь свойство газов легко поддаваться сжатию и подчиняться закону Паскаля. Обратимся к рисунку. Вдвинув поршень, мы уплотним расположение частиц вблизи него. Однако вскоре эти частицы разлетятся по всему объёму сосуда, и в результате газ станет более плотным, а «бомбардировка» его частицами стенок сосуда – более интенсивной. То есть газ передаст оказанное на него давление поршня во все стороны.

Вспомним, что при увеличении температуры газа его давление возрастает (см. § 4-г). МКТ легко объясняет этот факт. Повышение температуры приводит к увеличению скорости движения частиц газа, поэтому «бомбардировка» частицами стенок сосуда усиливается, что и означает возрастание давления газа.

11. Почему повышается давление жидкости по мере опускания ко дну сосуда?
12. Давление жидкости на стенки сосуда возникает ...
13. Давление жидкости в невесомости не возникает, поскольку ...
14. Сосуды на рисунке отличаются тем, что ...
15. Охарактеризуйте давления веществ в сосудах.
16. Непостоянство и постоянство давлений в сосудах объясняет ...
17. Последний рисунок параграфа поясняет ...
18. После вдвигания поршня уплотнённые им частицы ...
19. Если газ нагревать в закрытом сосуде, то ...
20. Как МКТ объясняет рост давления газа при росте его температуры?