Идеальный газ — это физическая модель газа, в которой молекулы считаются материальными точками, а взаимодействием между ними пренебрегают, кроме моментов столкновений. Молекулы идеального газа непрерывно и хаотически движутся, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. Давление газа возникает в результате ударов молекул о стенки сосуда. Основными величинами, характеризующими состояние газа, являются давление p (измеряется в паскалях, Па), объём V (в кубических метрах, м³) и абсолютная температура T (в кельвинах, К). Для постоянной массы газа при неизменной температуре давление обратно пропорционально объёму: p₁V₁ = p₂V₂ (закон Бойля — Мариотта). При постоянном давлении объём газа прямо пропорционален абсолютной температуре: V₁/T₁ = V₂/T₂ (закон Гей-Люссака). Уравнение состояния идеального газа записывается как pV = (m/M)RT, где m — масса газа (кг), M — молярная масса (кг/моль), R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль·К). Например, при нагревании воздуха в воздушном шаре его объём может увеличиваться, если давление остаётся практически постоянным. Типичная ошибка учеников — использовать температуру в градусах Цельсия вместо абсолютной температуры в кельвинах: T = t + 273.
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют идеальным газом?
2. В каких единицах СИ измеряется давление газа?
3. Почему газ оказывает давление на стенки сосуда?
4. Как изменится давление газа, если при постоянной температуре его объём уменьшить в 2 раза, сохранив массу газа?
5. Как изменяется средняя кинетическая энергия хаотического поступательного движения молекул идеального газа при повышении абсолютной температуры?
6. Газ занимает объём 4 л при давлении 100 кПа. Какое давление будет при уменьшении объёма до 2 л, если температура и масса газа постоянны?
7. Как изменится объём газа при нагревании при постоянном давлении, если абсолютная температура увеличится в 2 раза?
8. Газ при постоянном давлении имеет объём 3 л и температуру 300 К. Какой объём он займёт при температуре 600 К?
9. Какое значение абсолютной температуры соответствует температуре 27 °C?
10. В герметичном баллоне объёмом 2 м³ находится идеальный газ при температуре 300 К. Как изменится давление, если температуру повысить до 600 К?
11. Какое из перечисленных явлений можно объяснить увеличением давления газа при повышении его температуры в закрытом сосуде постоянного объёма?
12. В сосуде содержится 2 моль идеального газа при температуре 300 К. Какое давление оказывает газ, если объём сосуда равен 0,05 м³? Используйте R = 8,31 Дж/(моль·К).