فشار یک کمیت فیزیکی است که به صورت زیر محاسبه می شود: نیروی فشار را بر ناحیه ای که این نیرو روی آن اثر می کند تقسیم کنید. نیروی فشار با وزن تعیین می شود. هر جسم فیزیکی به دلیل داشتن حداقل وزن، فشار وارد می کند. در این مقاله به تفصیل در مورد فشار در گازها بحث خواهیم کرد. مثال‌ها نشان می‌دهند که به چه چیزی بستگی دارد و چگونه تغییر می‌کند.
تفاوت مکانیسم فشار مواد جامد، مایع و گاز
تفاوت بین مایعات، جامدات و گازها چیست؟ دو مورد اول دارای حجم هستند. اجسام جامد شکل خود را حفظ می کنند. گازی که در یک ظرف قرار می گیرد، تمام فضای آن را اشغال می کند. این به دلیل این واقعیت است که مولکول های گاز عملاً با یکدیگر تعامل ندارند. بنابراین مکانیسم فشار گاز با مکانیسم فشار مایعات و جامدات تفاوت چشمگیری دارد.
بیایید وزن را روی میز بگذاریم. تحت تأثیر گرانش، وزن به حرکت در جدول ادامه می دهد، اما این اتفاق نمی افتد. چرا؟ زیرا مولکول های جدول به مولکول ها نزدیک می شوندکه وزن ساخته می شود، فاصله بین آنها به قدری کاهش می یابد که نیروهای دافعه بین ذرات وزنه و میز ایجاد می شود. در گازها وضعیت کاملاً متفاوت است.
فشار اتمسفر
قبل از در نظر گرفتن فشار مواد گازی، بیایید مفهومی را معرفی کنیم که بدون آن توضیح بیشتر غیرممکن است - فشار اتمسفر. این اثری است که هوا (جو) اطراف ما دارد. هوا فقط برای ما بی وزن به نظر می رسد، در واقع وزن دارد و برای اثبات این موضوع، آزمایشی انجام می دهیم.
هوا را در ظرف شیشه ای وزن می کنیم. از طریق یک لوله لاستیکی در گردن وارد آنجا می شود. هوا را با پمپ خلاء خارج کنید. فلاسک را بدون هوا وزن می کنیم سپس شیر آب را باز می کنیم و وقتی هوا وارد شد وزن آن به وزن فلاسک اضافه می شود.
فشار در ظرف
بیایید بفهمیم گازها چگونه روی دیواره رگ ها عمل می کنند. مولکول های گاز عملاً با یکدیگر برهمکنش ندارند، اما از یکدیگر پراکنده نمی شوند. این بدان معنی است که آنها هنوز به دیواره های رگ می رسند و سپس برمی گردند. هنگامی که یک مولکول به دیواره برخورد می کند، ضربه آن با مقداری نیرو بر روی رگ اثر می گذارد. این قدرت کوتاه مدت است.
یک مثال دیگر. بیایید یک توپ را روی یک ورق مقوا پرتاب کنیم، توپ پرش می کند و مقوا کمی منحرف می شود. بیایید توپ را با ماسه جایگزین کنیم. تأثیرات کوچک خواهد بود، ما حتی آنها را نخواهیم شنید، اما قدرت آنها افزایش می یابد. برگه دائماً رد می شود.
حالا بیایید کوچکترین ذرات را در نظر بگیریم، برای مثال ذرات هوا که در ریه هایمان وجود دارد. روی مقوا باد می کنیم و منحرف می شود. ما مجبوریممولکول های هوا به مقوا برخورد می کنند و در نتیجه نیرویی روی آن وارد می شود. این قدرت چیست؟ این نیروی فشار است.
بیایید نتیجه بگیریم: فشار گاز در اثر برخورد مولکول های گاز بر روی دیواره رگ ایجاد می شود. نیروهای میکروسکوپی که بر روی دیوارها اثر می کنند جمع می شوند و ما چیزی را بدست می آوریم که نیروی فشار نامیده می شود. نتیجه تقسیم نیرو بر مساحت فشار است.
این سوال پیش می آید: چرا اگر یک ورق مقوا را در دست بگیرید، منحرف نمی شود؟ بالاخره در گاز است، یعنی در هوا. زیرا تأثیرات مولکول های هوا در یک و طرف دیگر ورق باعث تعادل یکدیگر می شود. چگونه بررسی کنیم که آیا مولکول های هوا واقعا به دیوار برخورد می کنند؟ این را می توان با از بین بردن تأثیرات مولکول ها در یک طرف، به عنوان مثال، با پمپ کردن هوا انجام داد.
آزمایش
دستگاه مخصوصی وجود دارد - پمپ خلاء. این یک شیشه شیشه ای روی یک صفحه خلاء است. دارای واشر لاستیکی به گونه ای که هیچ فاصله ای بین درپوش و صفحه وجود نداشته باشد تا محکم به یکدیگر بچسبند. یک مانومتر به واحد خلاء متصل است که اختلاف فشار هوا را در خارج و زیر کاپوت اندازه گیری می کند. شیر آب به شلنگ منتهی به پمپ اجازه می دهد تا به فضای زیر هود متصل شود.
یک بادکنک کمی باد شده زیر کلاهک قرار دهید. با توجه به اینکه کمی باد شده است، ضربه های مولکول های داخل و بیرون آن جبران می شود. توپ را با کلاه می پوشانیم ، پمپ خلاء را روشن می کنیم ، شیر را باز می کنیم. در گیج فشار خواهیم دید که اختلاف هوای داخل و خارج در حال افزایش است. بالن چطور؟ اندازه آن افزایش می یابد. فشار، یعنی تاثیرات مولکول هاخارج از توپ، کوچکتر می شود. ذرات هوا در داخل توپ باقی می مانند، جبران ضربه از خارج و از داخل نقض می شود. حجم توپ به دلیل این واقعیت است که نیروی فشار مولکول های هوا از خارج تا حدی توسط نیروی کشسانی لاستیک گرفته می شود.
حالا شیر آب را ببندید، پمپ را ببندید، دوباره شیر آب را باز کنید، شلنگ را جدا کنید تا هوا زیر درپوش قرار گیرد. اندازه توپ شروع به کوچک شدن خواهد کرد. زمانی که اختلاف فشار بیرون و زیر درپوش صفر باشد، اندازه آن به اندازه قبل از شروع آزمایش خواهد بود. این تجربه ثابت می‌کند که اگر فشار یک طرف بیشتر از طرف دیگر باشد، یعنی اگر گاز از یک طرف برداشته شود و از طرف دیگر رها شود، می‌توانید با چشمان خود فشار را ببینید.
نتیجه گیری این است: فشار کمیتی است که توسط تأثیرات مولکول ها تعیین می شود، اما تأثیرات می تواند بیشتر و کمتر باشد. هر چه بیشتر به دیواره رگ ضربه وارد شود، فشار بیشتر می شود. علاوه بر این، هرچه سرعت برخورد مولکول‌ها به دیواره ظرف بیشتر باشد، فشار تولید شده توسط این گاز بیشتر می‌شود.
وابستگی فشار به حجم
فرض کنید جرم خاصی از چشم داریم، یعنی تعداد معینی مولکول. در طول آزمایشاتی که در نظر خواهیم گرفت، این کمیت تغییر نمی کند. گاز در یک سیلندر با یک پیستون است. پیستون را می توان به سمت بالا و پایین حرکت داد. قسمت بالایی سیلندر باز است، روی آن یک لایه لاستیکی الاستیک قرار می دهیم. ذرات گاز به دیواره ظرف و فیلم برخورد می کند. وقتی فشار هوا در داخل و خارج یکسان باشد، فیلم صاف است.
اگر پیستون را به سمت بالا حرکت دهید،تعداد مولکول ها ثابت می ماند، اما فاصله بین آنها کاهش می یابد. آنها با همان سرعت حرکت خواهند کرد، جرم آنها تغییر نخواهد کرد. با این حال، تعداد ضربه ها افزایش می یابد زیرا مولکول باید مسافت کوتاه تری را طی کند تا به دیوار برسد. در نتیجه، فشار باید افزایش یابد و فیلم باید به سمت بیرون خم شود. بنابراین، با کاهش حجم، فشار گاز افزایش می یابد، اما به شرطی که جرم گاز و دما بدون تغییر باقی بماند.
اگر پیستون را به سمت پایین حرکت دهید، فاصله بین مولکول ها افزایش می یابد، به این معنی که زمان رسیدن آنها به دیواره های سیلندر و فیلم نیز افزایش می یابد. بازدیدها نادرتر خواهند شد. فشار گاز بیرون بیشتر از گاز داخل سیلندر است. بنابراین، فیلم به سمت داخل خم می شود. نتیجه گیری: فشار کمیتی است که به حجم بستگی دارد.
وابستگی فشار به دما
فرض کنید ظرفی با گاز در دمای پایین و ظرفی با همان گاز به همان میزان در دمای بالا داریم. در هر دمایی، فشار گاز به دلیل تأثیرات مولکول ها است. تعداد مولکول های گاز در هر دو ظرف یکسان است. حجم یکسان است، بنابراین فاصله بین مولکول ها ثابت می ماند.
با افزایش دما، ذرات شروع به حرکت سریعتر می کنند. در نتیجه، تعداد و قدرت ضربه های آنها بر روی دیواره رگ افزایش می یابد.
آزمایش زیر به تأیید صحت این جمله کمک می کند که با افزایش دمای گاز، فشار آن افزایش می یابد.
بگیریدبطری که گردن آن با بادکنک بسته شده است. آن را در ظرف آب داغ قرار دهید. خواهیم دید که بادکنک باد شده است. اگر آب ظرف را به سرد تغییر دهید و یک بطری در آن قرار دهید، بادکنک خالی می‌شود و حتی داخل آن کشیده می‌شود.
