Text Size
Среда 21 августа 2019

 

Воздух – газообразное вещество, и точно так же как все твердые и жидкие вещества он состоит из мельчайших частиц, называемых "молекулами".
В твердых веществах молекулы прочно соединены друг с другом. Как следствие, твердые вещества обладают собственной формой и объемом.
В жидкостях молекулы не связаны между собой жестко. Жидкости обладают собственным объемом, но они принимают форму сосуда, в который они помещены. Объем 1 см3 воды остается одинаковым, если она наливается в бутылку или любой другой сосуд. Как газах, так и в воздухе, молекулы двигаются свободно, поэтому расстояние между ними изменяется непрерывно, этим определяется их относительное положение. По этой причине газы не имеют ни форму, ни объем. Эти свойства воздуха позволяют легко разряжать и сжимать его.

Для демонстрации этих свойств удобно использовать велосипедный насос;

При выдвижении поршня насоса, воздух втягивается в полость цилиндра. Когда воздух закачан, он соответствует форме цилиндра, занимая полный объем бесштоковой полости насоса. 

Если закрыть отверстие в насосе, то при вдавливании штока с поршнем в цилиндр насоса, воздух не может вытекать в атмосферу, и вынужден располагаться в меньшем пространстве. Объем, который воздух при этом занимает, уменьшен, и поэтому он «сжат». 

Очевидно, что число молекул воздуха останется постоянным в течение всей стадии сжатия. Они будут приближаться друг к другу по мере перемещения поршня, будут вынуждены размещаться в уменьшающемся пространстве бесштоковой полости цилиндра. 

Вычисления
Обратите внимание: число молекул, содержащихся в одном кубическом сантиметре, имеет порядок миллиардов (5•1019). Для облегчения вычислений, предположите, что общее количество молекул, втянутых в полость насоса – только 900. Если полость насоса имеет объем 150 см3, тогда число молекул в любом см3 данного пространства будет 900:150 = 6 (рис.1). Это же число молекул будет использоваться далее, чтобы показать изменения в течение стадии сжатия. По мере сжатия и уменьшения объема воздуха до 90 см3 , а затем до 60 см3, число молекул в 1 см3 повысится соответственно до 900:90=10 и 900:60=15 (см. рис. 2 и 3). На рис.1, 2 и 3 объем в 1 см3 представлен маленьким кругом в центре полости цилиндра, а ниже на рисунке – кругом большего диаметра. 

Выводы
В течение стадии сжатия будут наблюдаться два явления:

а) Число молекул в одном см3 увеличивается с 6 до 10 и далее до 15 в процессе сокращения объема бесштоковой полости насоса. Это явление происходит вследствие того, что молекулы газа не связаны жестко друг с другом и имеется вполне достаточное пространство между ними.

б) Поверхность насоса слегка нагревается при сжатии воздуха. Перед сжатием, молекулы воздуха не стационарны, а находятся в непрерывном движении, ударяя друг друга и стенки самого насоса. Тепло, произведенное этим процессом, нейтрализуется температурой воздуха вне насоса. По мере сжатия, молекулы располагаются ближе друг к другу, увеличивая число столкновений. Повышение температуры можно почувствовать на поверхности насоса, в зависимости от скорости процесса сжатия.

Заключение

Сила, возникающая вследствие естественного движения молекул газов и воздуха, может быть увеличена при сжатии. Эта сила называется "давлением". 

 

Программист

Учебник