A nyomás az... A gázok nyomása és annak különböző tényezőktől való függése

A nyomás egy fizikai mennyiség, amelyet az alábbiak szerint kell kiszámítani: ossza el a nyomóerőt azzal a területtel, amelyen ez az erő hat. A nyomóerőt a súly határozza meg. Bármely fizikai tárgy nyomást gyakorol, mert legalább valamilyen súlya van. A cikk részletesen tárgyalja a gázok nyomását. Példák szemléltetik, hogy mitől függ és hogyan változik.

A szilárd, folyékony és gáznemű anyagok nyomásmechanizmusainak különbsége

Mi a különbség a folyadékok, szilárd anyagok és gázok között? Az első kettő kötet. A szilárd anyagok megtartják alakjukat. Az edénybe helyezett gáz teljes helyét elfoglalja. Ez annak köszönhető, hogy a gázmolekulák gyakorlatilag nem kölcsönhatásba lépnek egymással. Ezért a gáznyomás mechanizmusa jelentősen eltér a folyadékok és szilárd anyagok nyomásának mechanizmusától.

Tegyük az asztalra a kettlebellt. A gravitáció hatására a súly továbbra is lefelé mozog az asztalon, de ez nem történik meg. Miért? Mivel az asztal molekulái megközelítik azokat a molekulákat, amelyekből a kettlebell készül, a köztük lévő távolság annyira csökken, hogy visszataszító erők lépnek fel a kettlebell részecskéi és az asztal között. A gázokban a helyzet teljesen más.

Légköri nyomás

Mielőtt figyelembe vesszük a gáznemű anyagok nyomását, bevezetünk egy olyan fogalmat, amely nélkül további magyarázatok lehetetlenek-légköri nyomás. Ez az a hatás, amelyet a körülöttünk lévő levegő (légkör) okoz. a levegő számunkra csak súlytalannak tűnik, valójában súlya van, ennek bizonyítására kísérletet fogunk végezni.

Megmérjük az üvegedényben lévő levegőt. A nyakban lévő gumi csövön keresztül jut be oda. A levegőt vákuumszivattyúval távolítjuk el. Levegő nélkül lemérjük a lombikot, majd kinyitjuk a csapot, és amikor a levegő belép, súlya hozzáadódik a lombik súlyához.

A hajó nyomása

Kitaláljuk, hogyan hatnak a gázok az edények falára. A gázmolekulák gyakorlatilag nem lépnek kölcsönhatásba egymással, de nem repülnek egymástól. Tehát még mindig elérik a hajó falát, majd visszatérnek. Amikor egy molekula eléri a falat, annak hatása bizonyos erővel hat az edényre. Ez a hatalom rövid életű.

Egy másik példa. Dobj egy labdát egy kartonlapba, a labda lepattan, a karton pedig kissé eltér. Cserélje ki a labdát homokkal. Az ütések aprók lesznek, még csak nem is halljuk őket, de hatalmuk felhalmozódik. A lapot folyamatosan elutasítják.

Most vegyük a legkisebb részecskéket, például a tüdőben lévő levegő részecskéket. Fújja a kartonpapírt, és eltér. A levegőmolekulákat arra kényszerítjük, hogy eltalálják a kartont, ennek eredményeként egy erő hat rá. Milyen hatalom ez? Ez a nyomás ereje.

Megállapítottuk, hogy a gáznyomást a gázmolekuláknak az edény falára gyakorolt hatása okozza. A falakon ható mikroszkopikus erők összeadódnak, és megkapjuk az úgynevezett nyomóerőt. Az erő területtel történő elosztásának eredménye a nyomás.

Felmerül a kérdés: miért, ha egy kartonlapot vesz a kezébe, az nem tér el? Végül is gázban van, vagyis a levegőben. Mivel a levegőmolekulák hatása a lap egyik oldalán, a másik oldalán egyensúlyba hozza egymást. Hogyan lehet ellenőrizni, hogy a levegőmolekulák valóban eltalálják-e a falat? Ezt akkor lehet megtenni, ha eltávolítja a molekulák hatásait az egyik oldalról, például a levegő kiszivattyúzásához.

Kísérlet

Van egy speciális eszköz-vákuumszivattyú. Ez egy üveg kupak egy vákuumlemezen. Van egy gumi tömítés rajta, hogy ne legyen rés a kupak és a lemez között, hogy szorosan illeszkedjenek egymáshoz. A vákuumhoz a berendezéshez egy nyomásmérő van rögzítve, amely a levegő nyomásának különbségét méri a motorháztető alatt. A daru lehetővé teszi, hogy a szivattyúhoz vezető tömlőt a motorháztető alatti helyre csatlakoztassa.

Tegyen egy kissé felfújt léggömböt a motorháztető alá. Annak a ténynek köszönhetően, hogy egy kicsit felfújódik, a molekulák hatása a labdán belül és azon kívül kompenzálódik. Fedje le a labdát egy kupakkal, kapcsolja be a vákuumszivattyút, nyissa ki a csapot. A nyomásmérőn látni fogjuk, hogy a külső levegő közötti különbség növekszik. Mi a helyzet a ballonnal? Ez növeli a méretét. A nyomás, vagyis a labdán kívüli molekulák hatása egyre kisebb. A labda belsejében lévő levegő részecskék megmaradnak, a külső és a belső ütések kompenzációja megsérül. A gömb térfogata növekszik annak a ténynek köszönhetően, hogy a külső levegőmolekulák nyomóerejét részben átveszi a gumi rugalmas ereje.

Most zárja be a csapot, kapcsolja ki a szivattyút, nyissa ki újra a csapot, húzza ki a tömlőt, hogy levegőt engedjen a motorháztető alá. A labda mérete csökkenni kezd. Ha a külső és a motorháztető alatti nyomáskülönbség nulla, akkor ugyanolyan méretű lesz, mint a kísérlet előtt. Ez a tapasztalat azt bizonyítja, hogy a nyomást első kézből lehet látni, ha az egyik oldalon nagyobb, mint a másikon,. azaz. ha a gázt az egyik oldalról eltávolítják, a másik oldalon hagyják.

A következtetés az, hogy a nyomás olyan mennyiség, amelyet a molekulák hatásai határoznak meg, de a hatások egyre kevesebbek lehetnek. Minél nagyobb hatást gyakorol az edény falára, annál nagyobb a nyomás. Ezen túlmenően, minél nagyobb a molekulák sebessége az érfalakra, annál nagyobb a nyomás, amelyet ez a gáz termel.

A nyomás függése a térfogattól

Tegyük fel, hogy van egy bizonyos tömegű szemünk, vagyis egy bizonyos számú molekula. A megfontolt kísérletek során ez az összeg nem változik. A gáz egy dugattyús hengerben van. A dugattyú fel-le mozgatható. A henger felső része nyitva van, rugalmas gumi fóliát helyezünk rá. A gázrészecskék eltalálják az edény falát és a fóliát. Ha a légnyomás belül és kívül azonos, a film lapos.

Ha felfelé mozgatja a dugattyút, a molekulák száma változatlan marad, de a köztük lévő távolság csökken. Ugyanolyan sebességgel mozognak, tömegük nem változik. Az ütések száma azonban nagyobb lesz, mivel a molekulának rövidebb távolságot kell megtennie a fal eléréséhez. Ennek eredményeképpen a nyomásnak növekednie kell, és a filmnek kifelé kell hajolnia. Következésképpen a térfogat csökkenésével a gáznyomás növekszik, de ez feltéve, hogy a gáz tömege és a hőmérséklet változatlan marad.

Ha lefelé mozgatja a dugattyút, a molekulák közötti távolság növekedni fog, ami azt jelenti, hogy a henger falainak eléréséhez szükséges idő és a film is növekedni fog. A sztrájkok ritkábbak lesznek. A külső gáz nyomása nagyobb, mint a henger belsejében. Következésképpen 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 van egy edény, amelynek ugyanaz a gáz ugyanolyan mennyiségben van magas hőmérsékleten. Bármely hőmérsékleten a gáznyomást a molekulák hatása okozza. A gázmolekulák száma mindkét edényben azonos. A térfogat megegyezik, tehát a molekulák közötti távolság változatlan marad.

A hőmérséklet növekedésével a részecskék gyorsabban mozognak. Ennek következtében növekszik az érfalakra gyakorolt hatásuk száma és erőssége.

A következő tapasztalatok segítenek ellenőrizni annak a kijelentésnek a helyességét, hogy a gáz hőmérsékletének növekedésével nő a nyomása.

Vegyünk egy palackot, amelynek nyakát léggömb zárja le. Tegye egy tartályba forró víz. Látni fogjuk, hogy a léggömb felfújódik. Ha a tartályban lévő vizet hidegre cseréli, és egy palackot tesz oda, a labda leereszkedik, sőt belsejébe is húzódik.