РУҚА
Задания № 7, 8 · ЕГЭ

Расчёт давления газа

Как находить давление газа через движение молекул и параметры состояния
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Давление газа можно рассчитать двумя основными способами: по движению его молекул с помощью основного уравнения МКТ или по макроскопическим параметрам газа с помощью уравнения состояния идеального газа. Выбор формулы зависит от того, какие величины даны в условии.

1. Что называют давлением газа

Газ состоит из большого числа частиц, которые непрерывно и хаотически движутся. При столкновениях со стенками сосуда молекулы изменяют импульс, а стенка получает от них силу. Суммарное действие множества ударов создаёт давление газа.

D
Определение

Давление — физическая величина, равная отношению модуля силы давления, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности: \(p=\frac{F}{S}\). Давление измеряется в паскалях: \(1\ \text{Па}=1\ \text{Н}/\text{м}^2\).

\(p\)
давление
Па
\(F\)
сила давления
Н
\(S\)
площадь поверхности
м²
\(m_0\)
масса одной молекулы
кг
\(n\)
концентрация молекул
м⁻³
\(v\)
скорость молекулы
м/с
\(T\)
абсолютная температура
К
\(N\)
число молекул
1

В задачах по МКТ часто используют основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Оно связывает давление с массой молекул, их концентрацией и средней квадратичной скоростью.

2. Расчёт давления по уравнению МКТ

T
Основное уравнение МКТ

Для идеального газа давление выражается формулой \(p=\frac{1}{3}m_0 n\overline{v^2}\), где \(m_0\) — масса одной молекулы, \(n=\frac{N}{V}\) — концентрация молекул, а \(\overline{v^2}\) — среднее значение квадрата скорости.

\[p=\frac{1}{3}m_0 n\overline{v^2}\]

Знак черты сверху относится ко всему квадрату скорости: \(\overline{v^2}\) не равно \((\overline v)^2\). Это важно: в формуле используется средняя квадратичная скорость, а не просто средняя скорость.

Если известна средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы \(\overline{E_k}\), удобнее использовать равенство \(\overline{E_k}=\frac{m_0\overline{v^2}}{2}\). Тогда уравнение МКТ приобретает вид:

\[p=\frac{2}{3}n\overline{E_k}\]

Из основного уравнения видно: при неизменной концентрации давление прямо пропорционально средней кинетической энергии молекул, а значит, температуре. При увеличении концентрации в несколько раз давление увеличивается во столько же раз, если скорость движения молекул не меняется.

Как выбрать форму формулы

Если в условии даны \(m_0\), \(n\) и \(\overline{v^2}\), применяйте \(p=\frac{1}{3}m_0n\overline{v^2}\). Если дана средняя кинетическая энергия молекул, применяйте \(p=\frac{2}{3}n\overline{E_k}\).

Микро-проверка

Во сколько раз изменится давление, если концентрация молекул увеличится в 3 раза, а средняя кинетическая энергия каждой молекулы не изменится?

3. Расчёт давления по уравнению состояния

Если в условии известны температура, объём и количество вещества, используют уравнение состояния идеального газа. Идеальный газ — модель, в которой размерами молекул и их взаимодействием вне столкновений пренебрегают.

T
Уравнение состояния идеального газа

Давление идеального газа определяется количеством вещества, абсолютной температурой и объёмом: \(pV=\nu RT\), где \(\nu\) — количество вещества, \(R=8{,}31\ \text{Дж}/(\text{моль}\cdot\text{К})\) — универсальная газовая постоянная.

\[p=\frac{\nu RT}{V}\]

Количество вещества можно найти через массу газа и молярную массу: \(\nu=\frac{m}{M}\). Поэтому часто используют объединённую запись:

\[p=\frac{mRT}{MV}\]

Температура в формулах для газа должна быть абсолютной. Если дана температура по шкале Цельсия, сначала переведите её в кельвины: \(T=t+273\) для школьных расчётов. Объём необходимо выразить в кубических метрах, массу — в килограммах, молярную массу — в килограммах на моль.

Дано в условииЧто сделать перед подстановкой
Температура \(t\) в °CПеревести: \(T=t+273\)
Объём в литрахПеревести: \(V=V_{л}\cdot10^{-3}\ \text{м}^3\)
Масса в граммахПеревести в килограммы
Молярная масса в г/мольПеревести в кг/моль
Связь двух подходов

Уравнение состояния и уравнение МКТ описывают один и тот же газ на разных уровнях. При использовании \(n=\frac{N}{V}\) и связи \(\overline{E_k}=\frac{3}{2}kT\) получается \(p=nkT\), а с учётом \(N=\nu N_A\) — формула \(pV=\nu RT\).

4. Алгоритм решения задач

  1. Выпишите все данные и искомую величину.
  2. Определите, какие сведения даны: микроскопические (\(m_0\), \(n\), скорость, энергия) или макроскопические (\(m\), \(M\), \(V\), \(T\), \(\nu\)).
  3. Выберите подходящую формулу давления.
  4. Переведите все величины в единицы СИ.
  5. Подставьте значения, выполните расчёт и проверьте размерность и порядок ответа.
№
Разобранный пример

В сосуде находится идеальный газ массой \(m=4\ \text{г}\) с молярной массой \(M=2\ \text{г/моль}\). Объём сосуда \(V=10\ \text{л}\), температура газа \(t=27\ ^\circ\text{C}\). Найдём давление газа.

1
Переведём исходные величины в СИ.
\(\displaystyle m=4\cdot10^{-3}\ \text{кг},\quad M=2\cdot10^{-3}\ \text{кг/моль},\quad V=10\cdot10^{-3}=10^{-2}\ \text{м}^3\)
2
Переведём температуру в кельвины.
\(\displaystyle T=t+273=27+273=300\ \text{К}\)
3
Найдём количество вещества через массу и молярную массу.
\(\displaystyle \nu=\frac{m}{M}=\frac{4\cdot10^{-3}}{2\cdot10^{-3}}=2\ \text{моль}\)
4
Используем уравнение состояния идеального газа и выразим давление.
\(\displaystyle p=\frac{\nu RT}{V}\)
5
Подставим значения.
\(\displaystyle p=\frac{2\cdot8{,}31\cdot300}{10^{-2}}=498600\ \text{Па}\approx5{,}0\cdot10^5\ \text{Па}\)

Ответ: \(p\approx5{,}0\cdot10^5\ \text{Па}\). Проверка показывает, что давление получилось немного больше атмосферного, что согласуется с большой концентрацией газа в небольшом объёме.

0.511.522.533.544.550.511.522.533.5V, м³p, Паp = const/V
При постоянных температуре и количестве газа давление обратно пропорционально объёму: это иллюстрация закона Бойля—Мариотта.

5. Частые ошибки и полезные проверки

!
Частые ошибки

1. Подстановка температуры в градусах Цельсия вместо кельвинов. 2. Использование литров без перевода в \(\text{м}^3\). 3. Смешивание единиц: \(M\) в г/моль вместе с массой в килограммах. 4. Замена \(\overline{v^2}\) на \((\overline v)^2\). 5. Потеря множителя \(\frac13\) в уравнении МКТ. 6. Использование формулы \(p=\frac{\nu RT}{V}\) для процесса, где количество газа меняется без учёта этого изменения.

Быстрая проверка ответа

Проверьте, как давление должно измениться качественно. При увеличении температуры в постоянном объёме оно растёт; при увеличении объёма при постоянной температуре уменьшается. Если ответ противоречит этому, ищите ошибку в переводе единиц или формуле.

Для задач на изменение состояния удобно применять алгоритм решения задач на газовые законы. Если масса газа постоянна, можно сравнивать два состояния без вычисления количества вещества: \(\frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2}\). Частные случаи описывают закон Шарля, закон Гей—Люссака и закон Бойля—Мариотта.

Q
Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · Уравнение МКТ
Как записывается основное уравнение МКТ для идеального газа?
Главное за минуту

Главное

  • Давление газа можно находить по уравнению МКТ \(p=\frac13m_0n\overline{v^2}\) или \(p=\frac23n\overline{E_k}\).
  • По уравнению состояния идеального газа \(p=\frac{\nu RT}{V}=\frac{mRT}{MV}\).
  • Температуру всегда переводят в кельвины, объём — в кубические метры, массу — в килограммы.
  • При постоянных \(T\) и \(\nu\) давление обратно пропорционально объёму; при постоянных \(V\) и \(\nu\) прямо пропорционально абсолютной температуре.
  • Перед ответом полезно проверить единицы, размерность и физический смысл результата.