A "légköri nyomás" fogalmából az következik, hogy a levegőnek súlya kell, hogy legyen, különben nem tud nyomást gyakorolni semmire. De ezt nem vesszük észre, nekünk úgy tűnik, hogy a levegő súlytalan. Mielőtt a légköri nyomásról beszélne, bizonyítania kell, hogy a levegőnek súlya van, valahogy le kell mérnie. Hogyan kell csinálni? A cikkben részletesen megvizsgáljuk a levegő tömegét és a légköri nyomást, kísérletek segítségével tanulmányozva azokat.
Tapasztalat
A levegőt egy üvegedényben mérjük. A nyakban lévő gumicsövön keresztül jut be a tartályba. A szelep lezárja a tömlőt, hogy ne jusson be levegő. Vákuumszivattyúval eltávolítjuk a levegőt az edényből. Érdekes módon a szivattyúzás előrehaladtával a szivattyú hangja megváltozik. Minél kevesebb levegő marad a lombikban, annál halkabban működik a szivattyú. Minél tovább pumpáljuk ki a levegőt, annál alacsonyabb lesz a nyomás az edényben.
Ha az összes levegőt eltávolítják,zárja el a csapot, szorítsa meg a tömlőt, hogy elzárja a levegőellátást. Mérjük le a lombikot levegő nélkül, majd nyissa ki a csapot. A levegő jellegzetes sípolással beáramlik, és súlya hozzáadódik a lombik súlyához.
Először helyezzen a mérlegre egy üres edényt zárt csappal. A tartály belsejében vákuum van, mérjük le. Nyissuk ki a csapot, bemegy a levegő, és mérjük le újra a lombik tartalmát. A töltött és üres lombik tömege közötti különbség a levegő tömege lesz. Ez egyszerű.
Légtömeg és légköri nyomás
Most menjünk tovább a következő probléma megoldására. A levegő sűrűségének kiszámításához el kell osztani a tömegét a térfogattal. A lombik térfogata ismert, mert a lombik oldalán fel van tüntetve. ρ=mlevegő /V. Azt kell mondanom, hogy az úgynevezett nagy vákuum eléréséhez, vagyis a levegő teljes hiányához az edényben, sok időre van szüksége. Ha a lombik 1,2 literes, az körülbelül fél óra.
Megtudtuk, hogy a levegőnek van tömege. A föld húzza, ezért a gravitációs erő hat rá. A levegő a levegő súlyával megegyező erővel nyomja le a talajt. A légköri nyomás tehát létezik. Különféle kísérletekben nyilvánul meg. Csináljunk egyet ezek közül.
Fecskendőkísérlet
Vegyen egy üres fecskendőt, amelyhez rugalmas cső van csatlakoztatva. Engedje le a fecskendő dugattyúját, és merítse a tömlőt egy víztartályba. Húzza fel a dugattyút, és a víz elkezd felemelkedni a csövön keresztül, feltöltve a fecskendőt. Miért emelkedik még mindig a víz, amelyet a gravitáció húz le a dugattyú mögött?
Az érben felülről lefelé érintiLégköri nyomás. Jelöljük Patm. Pascal törvénye szerint a légkör által a folyadék felületére gyakorolt nyomás változatlan formában továbbítódik. Minden pontra átterjed, ami azt jelenti, hogy a cső belsejében légköri nyomás is van, és a fecskendőben a vízréteg felett vákuum (levegőtlen tér) van, azaz P \u003d 0. Így kiderül, hogy a légköri nyomás alulról nyomja a vizet, de a dugattyú felett nincs nyomás, mert ott üresség van. A nyomáskülönbség miatt víz kerül a fecskendőbe.
Kísérlet a higannyal
Légtömeg és légnyomás – mekkora? Talán elhanyagolható dolog? Végül is egy köbméter vas tömege 7600 kg, egy köbméter levegő pedig csak 1,3 kg. Hogy megértsük, módosítsuk az imént végzett kísérletet. Fecskendő helyett vegyen egy dugóval lezárt, csővel ellátott palackot. Csatlakoztassa a csövet a szivattyúhoz, és kezdje el pumpálni a levegőt.
A korábbi tapasztalatokkal ellentétben nem a dugattyú alatt, hanem a palack teljes térfogatában hozunk létre vákuumot. Kapcsolja ki a szivattyút, és ezzel egyidejűleg engedje le a palack csövét egy víztartályba. Látni fogjuk, hogyan töltötte meg víz néhány másodperc alatt jellegzetes hanggal a palackot a csövön keresztül. A nagy sebesség, amellyel "berobban" a palackba, azt jelzi, hogy a légköri nyomás meglehetősen nagy érték. A tapasztalat bizonyítja.
Első alkalommal mérték meg a légköri nyomást, a levegő tömegét az olasz tudós, Torricelli. Volt ilyen élménye. Vettem egy kicsit több mint 1 m hosszú üvegcsövet, egyik végén lezárva. Színültig teletöltötte higannyal. UtánAztán fogott egy higanyt tartalmazó edényt, ujjával megcsípte a nyitott végét, megfordította a csövet, és egy edénybe merítette. Ha nem lenne légköri nyomás, akkor az összes higany kiömlött volna, de ez nem történt meg. Részben kiöntött, a higanyszint 760 mm magasságban megállt.
Ez azért történt, mert a légkör megnyomta a tartályban lévő higanyt. Ez az oka annak, hogy korábbi kísérleteinkben vizet vezettek a csőbe, ezért a víz követte a fecskendőt. De ebben a két kísérletben vizet vettünk, amelynek alacsony a sűrűsége. A higany sűrűsége nagy, ezért a légköri nyomás képes volt megemelni a higanyt, de nem egészen a csúcsig, hanem csak 760 mm-rel.
A Pascal-törvény szerint a higanyra gyakorolt nyomás változatlan formában továbbítódik minden pontjára. Ez azt jelenti, hogy a cső belsejében légköri nyomás is van. De másrészt ezt a nyomást kiegyenlíti a folyadékoszlop nyomása. Jelöljük a higanyoszlop magasságát h-val. Azt mondhatjuk, hogy a légköri nyomás alulról felfelé, a hidrosztatikus nyomás pedig felülről lefelé hat. A maradék 240 mm üres. Egyébként ezt a vákuumot Torricelli-üregnek is nevezik.
Képlet és számítások
A légköri nyomás Patm egyenlő a hidrosztatikus nyomással, és a következő képlettel számítható ki: ρptgh. ρrt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. Patm=101,3 kPa. Ez elég nagy összeg. Egy asztalon heverő papírlap nyomása 1 Pa, a légköri nyomás pedig 100 000 pascal. Kiderült, hogy fel kell tenni100 000 papírlap egymás tetejére, hogy ilyen nyomást hozzon létre. Kíváncsi, nem? A légköri nyomás és a levegő tömege nagyon magas, ezért a kísérlet során ekkora erővel nyomták a vizet a palackba.
