Сжатие газа
Сжатие газа — это уменьшение его объёма, обычно за счёт движения поршня или уменьшения объёма сосуда. При этом давление газа может увеличиться, а температура — измениться в зависимости от того, успевает ли газ обмениваться теплотой с окружающей средой.
Что происходит при сжатии
Если газ сжимают медленно в хорошо проводящем тепло сосуде, его температура практически не меняется. При уменьшении объёма молекулы чаще сталкиваются со стенками, поэтому давление возрастает. Такой процесс называют изотермическим и рассматривают в законе Бойля — Мариотта.
Если газ сжимают быстро и теплообмен почти не успевает произойти, внешняя работа увеличивает внутреннюю энергию газа. Поэтому температура повышается. Такой процесс называют адиабатическим сжатием. Например, при быстром нажатии на поршень насоса корпус или воздух внутри могут нагреться.
Формула для постоянной температуры
Здесь \(p\) — давление, а \(V\) — объём. Формула справедлива для неизменного количества газа при постоянной температуре. Если объём уменьшили вдвое, то \(V_2=\frac{V_1}{2}\), поэтому давление увеличится вдвое: \(p_2=2p_1\).
Газ при постоянной температуре занимал объём \(6\ л\) и имел давление \(100\ кПа\). После сжатия до \(3\ л\) давление станет \(200\ кПа\): \(p_2=p_1\frac{V_1}{V_2}=100\cdot\frac{6}{3}=200\ кПа\).
Сжатие не означает, что давление всегда увеличивается ровно во столько же раз, во сколько уменьшился объём. Это верно только при постоянной температуре и неизменном количестве газа. При быстром сжатии температура тоже растёт, поэтому давление может увеличиться сильнее.
Газ сжимают при постоянной температуре: его объём уменьшили в 4 раза. Как изменится давление?
Главное
- Сжатие газа — уменьшение его объёма.
- При постоянной температуре действует связь \(pV=\text{const}\): объём уменьшается вдвое — давление удваивается.
- При быстром сжатии газ обычно нагревается, поэтому изменение давления определяется не только изменением объёма.