If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:9:49

Термодинамика, част 1: Молекулно-кинетична теория на газовете

Видео транскрипция

След цялата работа, която свършихме с флуидите, вероятно имаш доста добра представа какво е налягането. Нека малко помислим какво всъщност означава това, особено когато мислим за него по отношение на газ в обем. Припомни си каква беше разликата между газ и течност. И двете са флуиди, и двете приемат формата на съда си, но газът е свиваем, докато течността не е свиваема. Нека се фокусираме върху газовете. Да кажем, че имам съд и в него има газ. От какво е направен газът? Изграден е от множество молекули на самия газ и ще нарисувам всяка молекула с малка точка – в него ще има много молекули. Има много, много, много повече, отколкото начертах, но това е показателно, и всички те ще се движат в случайни посоки – тази може да се движи много бързо в тази посока, а другата може да се движи малко по-бавно в тази посока. Всички имат свои малки вектори на скоростта и постоянно се блъскат една в друга и се блъскат в страните на съда, и рикошират на някои места, и променят скоростта си. Като цяло, особено на това ниво във физиката, ще приемем, че това е идеален газ, че при цялото блъскане, което се получава, няма загуба на енергия. Или че всички сблъсквания между различните молекули са възстановителни. Няма загуба на импулс. Нека помним това и всичко, което ще видиш в гимназията и на теста за напреднали, ще е свързано с идеалните газове. Нека помислим какво означава налягането в този контекст. Голяма част от представата ни за налягането е нещо, притискащо дадена площ. Ако тук помислим за налягането – нека изберем една произволна площ. Да вземем тази страна. Да вземем тази повърхност на неговия съд. Какво ще е налягането, генерирано върху тази повърхност? То ще е генерирано от милионите и милиардите, и трилионите малки сблъсквания – нека начертая страничен изглед. Ако това е страничният изглед на съда, същата тази страна, всяка секунда винаги има движение на тези малки молекули газ. Ако изберем произволен период от време, винаги има рикоширане от тази страна. Гледаме продължителност от много малка част от времето. И за този период от време това може да се озове тук, това може би се е блъснало в него, точно след като е рикоширало, и е дошло тук, това променя импулса си и се движи ето така. Това може вече да се е движило в тази посока, а това може да рикошира. Но тук във всеки даден момент, тъй като има толкова много молекули, винаги ще има няколко молекули, които се блъскат в тази страна на стената. Когато се блъснат, те имат промяна в импулса. Силата е промяната в импулса върху промяната във времето. Казвам, че във всеки интервал от време, върху всеки период или промяна във времето, ще има много частици, които променят импулса си от тази страна на стената. Това ще генерира сила и ако помислим средно колко – понеже е трудно да следим всяка частица поотделно и когато използваме кинематика и такива неща, ще следим отделните обекти. Но когато работим с газове и неща на макро ниво, не можеш да следиш всяка отделна частица, освен ако нямаш някакъв вид невероятен суперкомпютър. Можем да кажем, че средно толкова частици променят импулса си от тази страна за това количество време. И силата, приложена върху тази страна или тази повърхност, ще е х. Ако знаем каква е тази сила и знаем площта на стената, можем да намерим налягането, понеже налягането е равно на силата, разделена на площта. Как ни помага това? Исках първо да ти покажа логиката и сега ще ти дам една формула, която наистина трябва да знаеш в термодинамиката. После, докато преминаваме към следващите няколко видеа, ще ти докажа защо работи и, да се надяваме, ще получиш още малко интуиция. Сега се надявам, че разбираш какво означава налягането в контекста на газ в един съд. Като изяснихме това, нека ти дам една формула. Надявам се, че до края на видеото ще разбереш логиката зад това защо тази формула върши работа. Като цяло, ако имам идеален газ в един съд, налягането, приложено върху газа – на страната на съда, или дори на всяка точка от газа, понеже всичко ще стане хомогенно в някакъв момент – и ще говорим за ентропията в бъдещи видеа – но налягането на съда и на повърхността по обема на контейнера е равно на някаква константа (при постоянна температура, т.е. при изотермен процес). В бъдещи видеа ще видим, че тази константа всъщност е пропорционална на средната кинетична енергия на молекулите, които постоянно се блъскат. Това трябва да ти се вижда логично. Ако молекулите се движеха много по-бързо, тогава щеше да има повече кинетична енергия и тогава те щяха да променят импулса си от страните на повърхността много повече, така че щеше да имаш повече налягане. Да видим дали можем да разберем логиката зад това защо налягането по обема е константа. Да кажем, че сега имам един съд и в него има много молекули газ. Точно както ти показах, преди да изтрия, те се отблъскват от стените с определена скорост. Всяка от молекулите може да има различна кинетична енергия – тя винаги се променя, понеже те постоянно си прехвърлят импулс една на друга. Но средно всички те ще имат дадена кинетична енергия, ще продължават да се блъскат с определена скорост в стената и това определя налягането. Какво се случва, ако можехме да стиснем кутията и да намалим обема на кутията? Взимам същата тази кутия със същия брой молекули, но я стискам. Правя обема на кутията по-малък. Какво ще се случи? Имам същия брой молекули тук със същата кинетична енергия и средно те се движат със същата скорост. Какво ще се случи? Те ще се удрят в стените много по-често – за същото време, за което тази частица се е блъснала два пъти, сега може да се блъсне три пъти. Ще удрят стените по-често, така че ще имаш повече промени в импулса и всяка частица ще приложи повече сила върху всяка повърхност. Понеже ще ги удря по-често за дадено количество време. Самите повърхности ще са по-малки. Имаш повече сила върху една повърхност и върху една по-малка повърхност, така че ще имаш по-високо налягане. Надявам се виждаш логиката, че ако имах някакво количество налягане в тази ситуация – ако свия обема, налягането се увеличава. Друг логически въпрос – ако имах балон, кое напомпва балона? Ами, вътрешното въздушно налягане на хелия или собственото ти издишане, когато издишваш в балона. Колкото повече опиташ да стиснеш един балон – ако го притиснеш от всички посоки, става по-трудно и по-трудно да направиш това. Това е понеже налягането в балона се увеличава, докато намаляваш обема. Ако обемът намалее, налягането се увеличава, и това е логично. Това следва факта, че когато се умножат едно по друго, трябва да имаш константа. Нека вземем отново същия пример и да видим какво се случва, ако увеличиш обема. Да кажем, че имам – ето толкова голям е и трябваше да го направя по-пропорционално, но мисля, че схващаш идеята. Имаш същия брой частици и ако имах една частица тук в същия период от време можеше да се е блъснала три пъти – можеше да се е блъснала в стената два пъти. В тази ситуация с по-големи стени може да се блъсне само веднъж и в същото това количество време може би ще стигне дотук и дори да не удари другата стена. Частиците средно ще се блъскат със стената не толкова често и също така стените ще имат по-голяма площ. В този случай, когато обемът ни се увеличи, средното налягане, или налягането в съда, намалява. Надявам се, че това ти показва поне малко от логиката и никога няма да забравиш, че налягането по обема е константа. И после можем да използваме това, за да решим някои често срещани задачи, което ще направим в следващото видео. Свършва ми времето. Ще се видим скоро!