Как объяснить давление, которое производит газ на стенки сосуда

Газ, как и любое другое вещество, способен оказывать давление. Но, в отличие от твердых тел, газ давит не только на опору, но и на стенки сосуда, в котором находится. Чем вызвано это явление?

В течение столетий считалось, что воздух не имеет веса, и его можно почувствовать, только когда он движется (то есть во время ветра). Такова была точка зрения Аристотеля, и очень долго она была законом для ученых.

В середине XVI века ученик Галилея Эванджелиста Торричелли, решая проблему с подъемом воды для фонтанов, обнаружил, что считавшийся невесомым воздух все же имеет вес. В результате Торричелли изобрел первый ртутный барометр, с помощью которого сумел измерить давление воздуха на поверхность земли, а также вычислил его плотность.

Однако факт, что воздух притягивается землей и потому давит вниз, не мог служить ответом на все возникшие вопросы. В частности, выяснилось, что давление воздуха распространяется не только на то, что находится под ним, но и во все стороны сразу, в том числе вверх.

Известный опыт с «магдебургскими полушариями» — металлической сферой из двух половинок, из пространства между которыми откачали воздух — показал, что давление воздуха может быть вполне достаточно, чтобы даже несколько лошадей не смогли оторвать полушария друг от друга.

Впоследствии было обнаружено, что таким свойством обладает не только воздух, но и вообще любые газы. Чтобы найти ответ на эту загадку, понадобилось другое открытие — теория о молекулярном строении вещества.

Молекулы, из которых состоит газ, не связаны между собой и находятся в беспорядочном движении. Они постоянно ударяются о стенки сосуда, заполненного газом. Эти соударения и есть газовое давление.

Поскольку газ притягивается Землей, то его давление на дно сосуда немного больше, чем на стенки и крышку, но в большинстве случаев разница так мала, что ею можно пренебречь. Только для всей атмосферы Земли в целом разница в давлении у поверхности и на больших высотах становится заметной.

В невесомости давление газа на все стенки сосуда совершенно одинаково.

Величина давления газа зависит прежде всего от массы этого газа, его температуры и объема сосуда. Если температура остается неизменной, то увеличение объема приводит к уменьшению давления. При неизменной массе давление растет вместе с ростом температуры. Наконец, при постоянном объеме увеличение массы приводит к увеличению давления.