A nyomás egy fizikai mennyiség, amelyet a következőképpen számítanak ki: ossza el a nyomáserőt azzal a területtel, amelyre ez az erő hat. A nyomás erejét a súly határozza meg. Bármely fizikai tárgy nyomást gyakorol, mert legalább van súlya. A cikk részletesen tárgyalja a gázok nyomását. Példák mutatják be, mitől függ, és hogyan változik.
A szilárd, folyékony és gáznemű anyagok nyomásmechanizmusainak különbsége
Mi a különbség a folyadékok, a szilárd anyagok és a gázok között? Az első kettőnek hangereje van. A szilárd testek megtartják alakjukat. Az edényben elhelyezett gáz annak teljes terét elfoglalja. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a gázmolekulák gyakorlatilag nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Ezért a gáznyomás mechanizmusa jelentősen eltér a folyadékok és szilárd anyagok nyomásának mechanizmusától.
Tegyük le a súlyt az asztalra. A gravitáció hatására a súly továbbra is lefelé haladna az asztalon keresztül, de ez nem történik meg. Miért? Mivel a táblázat molekulái innen közelítenek a molekulákhozamelyre a súly készül, a köztük lévő távolság annyira lecsökken, hogy a súly részecskéi és az asztal között taszító erők lépnek fel. A gázoknál teljesen más a helyzet.
Légköri nyomás
Mielőtt megvizsgálnánk a gáznemű anyagok nyomását, vezessünk be egy fogalmat, amely nélkül további magyarázatok nem lehetségesek – a légköri nyomást. Ez a körülöttünk lévő levegő (légkör) hatása. A levegő csak számunkra tűnik súlytalannak, valójában súlya van, és ennek bizonyítására végezzünk egy kísérletet.
A levegőt egy üvegedényben mérjük. A nyakban lévő gumicsövön keresztül jut be oda. Távolítsa el a levegőt vákuumszivattyúval. Mérjük le a lombikot levegő nélkül, majd nyissa ki a csapot, és amikor a levegő belép, a súlya hozzáadódik a lombik súlyához.
Nyomás az edényben
Nézzük ki, hogyan hatnak a gázok az edények falára. A gázmolekulák gyakorlatilag nem lépnek kölcsönhatásba egymással, de nem is szóródnak ki egymástól. Ez azt jelenti, hogy továbbra is elérik az edény falát, majd visszatérnek. Amikor egy molekula nekiütközik a falnak, becsapódása bizonyos erővel hat az edényre. Ez az erő rövid életű.
Még egy példa. Dobjunk labdát egy kartonlapra, a labda megpattan, és a karton egy kicsit eltér. Cseréljük ki a labdát homokkal. A becsapódások aprók lesznek, nem is halljuk, de az erejük gyarapodik. A lapot a rendszer folyamatosan elutasítja.
Most vegyük a legkisebb részecskéket, például a tüdőben lévő levegőrészecskéket. Ráfújunk a kartonra, és el fog térni. erőltetjüklevegőmolekulák érik a kartont, ennek következtében erő hat rá. Mi ez az erő? Ez a nyomás ereje.
Következtetés: a gáznyomást a gázmolekuláknak az edény falára gyakorolt hatása okozza. A falakra ható mikroszkopikus erők összeadódnak, és megkapjuk az úgynevezett nyomóerőt. Az erő területtel való elosztásának eredménye a nyomás.
Felmerül a kérdés: ha a kezedbe veszel egy kartonlapot, miért nem tér el? Hiszen a gázban, vagyis a levegőben van. Mert a levegőmolekulák hatása a lap egyik és másik oldalán kiegyenlíti egymást. Hogyan ellenőrizhető, hogy a levegőmolekulák valóban a falhoz ütköznek-e? Ez megtehető a molekulák egyik oldali becsapódásának megszüntetésével, például levegő kiszivattyúzásával.
Kísérlet
Van egy speciális eszköz - egy vákuumszivattyú. Ez egy üvegedény vákuumlapon. Gumi tömítéssel rendelkezik, hogy ne legyen rés a kupak és a lemez között, így szorosan illeszkednek egymáshoz. A vákuumegységhez manométer van rögzítve, amely a külső és a motorháztető alatti légnyomás különbséget méri. A csaptelep lehetővé teszi a szivattyúhoz vezető tömlő csatlakoztatását a motorháztető alatti térhez.
Helyezzen egy kissé felfújt léggömböt a kupak alá. Mivel enyhén felfújt, kompenzálódik a golyón belüli és azon kívüli molekulák hatása. Letakarjuk a labdát egy kupakkal, bekapcsoljuk a vákuumszivattyút, kinyitjuk a csapot. A nyomásmérőn látni fogjuk, hogy a belső és a külső levegő közötti különbség nő. Mit szólnál egy léggömbhöz? Megnő a mérete. Nyomás, vagyis a molekulák hatásaia labdán kívül, egyre kisebb. A labda belsejében lévő levegő részecskék megmaradnak, a kívülről és belülről érkező ütések kompenzálása megsérül. A labda térfogata növekszik annak köszönhetően, hogy a levegőmolekulák kívülről érkező nyomási erejét részben átveszi a gumi rugalmas ereje.
Most zárja el a csapot, kapcsolja ki a szivattyút, nyissa ki újra a csapot, húzza ki a tömlőt, hogy levegőt engedjen a kupak alá. A labda mérete csökkenni kezd. Ha a nyomáskülönbség a kupakon kívül és alatt nulla, akkor az akkora lesz, mint a kísérlet megkezdése előtt. Ez a tapasztalat azt bizonyítja, hogy saját szemével láthatja a nyomást, ha az egyik oldalon nagyobb, mint a másikon, vagyis ha az egyik oldalon eltávolítják a gázt, a másikon pedig hagyják.
A következtetés a következő: a nyomás egy olyan mennyiség, amelyet a molekulák hatásai határoznak meg, de a hatások lehetnek többek és kisebbek is. Minél több ütés éri az edény falát, annál nagyobb a nyomás. Ezenkívül minél nagyobb sebességgel ütköznek az edény falát a molekulák, annál nagyobb nyomást kelt ez a gáz.
A nyomás függése a hangerőtől
Tegyük fel, hogy van egy bizonyos tömegű szemünk, azaz bizonyos számú molekula. Az általunk vizsgált kísérletek során ez a mennyiség nem változik. A gáz egy dugattyús hengerben van. A dugattyú fel-le mozgatható. A henger felső része nyitott, rugalmas gumifóliát teszünk rá. A gázrészecskék az edény falához és a filmhez ütköznek. Ha a légnyomás belül és kívül azonos, a fólia lapos.
Ha felfelé mozgatja a dugattyút,a molekulák száma változatlan marad, de a köztük lévő távolság csökken. Ugyanolyan sebességgel fognak mozogni, tömegük nem változik. A találatok száma azonban növekedni fog, mert a molekulának rövidebb utat kell megtennie, hogy elérje a falat. Ennek eredményeként a nyomásnak növekednie kell, és a filmnek kifelé kell hajolnia. Ezért a térfogat csökkenésével a gáz nyomása nő, de ez feltéve, hogy a gáz tömege és hőmérséklete változatlan marad.
Ha lefelé mozgatja a dugattyút, megnő a molekulák közötti távolság, ami azt jelenti, hogy az idő is megnő, amíg elérik a henger és a film falát. A találatok egyre ritkábbak lesznek. A külső gáz nyomása nagyobb, mint a palack belsejében. Ezért a film befelé hajlik. Következtetés: a nyomás olyan mennyiség, amely a térfogattól függ.
A nyomás függése a hőmérséklettől
Tegyük fel, hogy van egy edényünk alacsony hőmérsékletű gázzal, és egy edényünk, amelyben ugyanannyi gáz van magas hőmérsékleten. Bármilyen hőmérsékleten a gáz nyomása a molekulák hatásának köszönhető. A gázmolekulák száma mindkét edényben azonos. A térfogat ugyanaz, tehát a molekulák közötti távolság változatlan marad.
Ahogy a hőmérséklet emelkedik, a részecskék gyorsabban kezdenek mozogni. Következésképpen az edény falára gyakorolt hatásuk száma és erőssége nő.
A következő kísérlet segít ellenőrizni annak az állításnak a helyességét, miszerint a gáz hőmérsékletének növekedésével a nyomása nő.
Veddpalack, melynek nyakát léggömb zárja. Helyezze egy edénybe forró vízzel. Látni fogjuk, hogy a léggömb felfújódott. Ha a tartályban lévő vizet hidegre cseréli, és egy palackot tesz oda, a léggömb leereszt, és akár be is húzódik.
