از مفهوم "فشار اتمسفر" بر می آید که هوا باید وزن داشته باشد، در غیر این صورت نمی تواند به چیزی فشار بیاورد. اما ما متوجه این نمی شویم، به نظرمان می رسد که هوا بی وزن است. قبل از صحبت در مورد فشار اتمسفر، باید ثابت کنید که هوا وزن دارد، باید به نحوی آن را وزن کنید. چگونه انجامش بدهیم؟ وزن هوا و فشار اتمسفر را در مقاله به طور مفصل در نظر خواهیم گرفت و آنها را با کمک آزمایشات بررسی خواهیم کرد.
تجربه
هوا را در ظرف شیشه ای وزن می کنیم. از طریق یک لوله لاستیکی در گردن وارد ظرف می شود. دریچه شلنگ را می بندد تا هوا وارد آن نشود. با استفاده از پمپ خلاء هوا را از ظرف خارج می کنیم. جالب اینجاست که با پیشرفت پمپاژ، صدای پمپ تغییر می کند. هر چه هوای کمتری در فلاسک باقی بماند، پمپ آرام‌تر کار می‌کند. هر چه مدت بیشتری هوا را خارج کنیم، فشار در ظرف کمتر می شود.
وقتی همه هوا حذف شد،شیر آب را ببندید، شیلنگ را فشار دهید تا جریان هوا مسدود شود. فلاسک را بدون هوا وزن کنید، سپس شیر آب را باز کنید. هوا با یک سوت مشخص وارد می شود و وزن آن به وزن فلاسک اضافه می شود.
ابتدا یک ظرف خالی را با یک شیر بسته روی ترازو بگذارید. داخل ظرف خلاء هست، وزنش کنیم. شیر آب را باز می کنیم، هوا به داخل می رود و دوباره محتویات فلاسک را وزن می کنیم. تفاوت بین وزن فلاسک پر و خالی جرم هوا خواهد بود. ساده است.
وزن هوا و فشار اتمسفر
حالا بیایید به حل مشکل بعدی برویم. برای محاسبه چگالی هوا، باید جرم آن را بر حجم تقسیم کنید. حجم فلاسک به این دلیل مشخص است که در کنار فلاسک مشخص شده است. ρ=mهوا /V. باید بگویم که برای به دست آوردن خلاء به اصطلاح بالا، یعنی عدم وجود کامل هوا در ظرف، به زمان زیادی نیاز دارید. اگر فلاسک 1.2 لیتر باشد، حدود نیم ساعت است.
فهمیدیم که هوا جرم دارد. زمین آن را می کشد و بنابراین نیروی گرانش بر آن اثر می گذارد. هوا با نیرویی برابر با وزن هوا بر روی زمین فشار می آورد. بنابراین فشار اتمسفر وجود دارد. خود را در آزمایش های مختلف نشان می دهد. بیایید یکی از اینها را انجام دهیم.
آزمایش سرنگ
یک سرنگ خالی که یک لوله انعطاف پذیر به آن وصل شده است بردارید. پیستون سرنگ را پایین بیاورید و شلنگ را در یک ظرف آب فرو کنید. پیستون را به سمت بالا بکشید و آب از طریق لوله شروع به بالا رفتن کرده و سرنگ را پر می کند. چرا آبی که توسط گرانش به پایین کشیده می شود، همچنان پشت پیستون بالا می رود؟
در رگ از بالا به پایین تحت تأثیر قرار می گیردفشار اتمسفر. بیایید آن را Patm نشان دهیم. طبق قانون پاسکال، فشاری که اتمسفر بر سطح مایع وارد می کند، بدون تغییر منتقل می شود. به همه نقاط پخش می شود، به این معنی که فشار اتمسفر نیز در داخل لوله وجود دارد و یک خلاء (فضای بدون هوا) در سرنگ بالای لایه آب وجود دارد، یعنی P \u003d 0. بنابراین معلوم می شود که فشار اتمسفر از پایین به آب فشار می آورد، اما فشاری بالای پیستون وجود ندارد، زیرا در آنجا خلاء وجود دارد. به دلیل اختلاف فشار، آب وارد سرنگ می شود.
آزمایش با جیوه
وزن هوا و فشار هوا - چقدر بزرگ هستند؟ شاید این چیزی است که می توان از آن غفلت کرد؟ از این گذشته ، یک متر مکعب آهن دارای جرم 7600 کیلوگرم است و یک متر مکعب هوا - فقط 1.3 کیلوگرم. برای درک، بیایید آزمایشی را که انجام دادیم اصلاح کنیم. به جای سرنگ، یک بطری بسته شده با چوب پنبه با لوله بردارید. لوله را به پمپ وصل کنید و شروع به پمپاژ هوا کنید.
بر خلاف تجربه قبلی، ما نه در زیر پیستون، بلکه در کل حجم بطری خلاء ایجاد می کنیم. پمپ را خاموش کنید و در همان زمان لوله بطری را در یک ظرف آب پایین بیاورید. خواهیم دید که چگونه آب ظرف چند ثانیه با صدایی مشخص، بطری را از طریق لوله پر کرد. سرعت بالای "ترکیدن" او در بطری نشان می دهد که فشار اتمسفر یک مقدار نسبتاً بزرگ است. تجربه این را ثابت می کند.
برای اولین بار فشار اتمسفر، وزن هوای دانشمند ایتالیایی Torricelli را اندازه گیری کرد. او چنین تجربه ای داشت. من یک لوله شیشه ای به طول کمی بیش از 1 متر گرفتم که در یک انتهای آن مهر و موم شده بود. آن را با جیوه تا لبه پر کرد. بعد ازسپس ظرفی با جیوه گرفت و انتهای باز آن را با انگشت فشار داد و لوله را برگرداند و در ظرفی فرو برد. اگر فشار اتمسفر وجود نداشت، تمام جیوه بیرون می ریخت، اما این اتفاق نیفتاد. مقداری از آن ریخته شد، سطح جیوه در ارتفاع 760 میلی متری نشست.
این اتفاق به این دلیل رخ داد که جو روی جیوه موجود در ظرف فشار می آورد. به همین دلیل است که در آزمایش‌های قبلی ما، آب به داخل لوله هدایت می‌شد، به همین دلیل آب به دنبال سرنگ می‌رفت. اما در این دو آزمایش آب گرفتیم که چگالی آن کم است. جیوه چگالی بالایی دارد، بنابراین فشار اتمسفر توانست جیوه را افزایش دهد، اما نه به اوج، بلکه فقط تا 760 میلی متر.
طبق قانون پاسکال، فشار وارد شده به جیوه بدون تغییر به تمام نقاط آن منتقل می شود. این بدان معنی است که فشار اتمسفر نیز در داخل لوله وجود دارد. اما از طرفی این فشار با فشار ستون مایع متعادل می شود. بیایید ارتفاع ستون جیوه را h نشان دهیم. می توان گفت که فشار اتمسفر از پایین به بالا و فشار هیدرواستاتیک از بالا به پایین عمل می کند. 240 میلی متر باقی مانده خالی است. ضمناً به این خلاء خلاء توریسلی نیز می گویند.
فرمول و محاسبات
فشار اتمسفر Patm برابر با فشار هیدرواستاتیک است و با فرمول ρptgh محاسبه می شود. ρrt=13600 کیلوگرم/متر3. g=9.8 نیوتن بر کیلوگرم. h=0.76 متر Patm=101.3 کیلو پاسکال. این مقدار نسبتاً زیادی است. یک ورق کاغذ که روی میز قرار دارد فشاری برابر با 1 Pa تولید می کند و فشار اتمسفر 100000 پاسکال است. معلوم می شود که باید قرار دهید100000 برگ کاغذ یکی روی دیگری برای ایجاد چنین فشاری. کنجکاو، اینطور نیست؟ فشار اتمسفر و وزن هوا بسیار بالا است، بنابراین در طول آزمایش آب با چنین نیرویی به داخل بطری فشار داده شد.
