מעצם המושג "לחץ אטמוספרי" עולה כי לאוויר חייב להיות משקל, אחרת הוא לא יכול להפעיל לחץ על שום דבר. אבל אנחנו לא שמים לב לזה, נראה לנו שהאוויר חסר משקל. לפני שמדברים על לחץ אטמוספרי, אתה צריך להוכיח שלאוויר יש משקל, אתה צריך איכשהו לשקול אותו. איך לעשות את זה? נשקול את משקל האוויר והלחץ האטמוספרי בפירוט במאמר, נלמד אותם בעזרת ניסויים.
חוויה
נשקול את האוויר בכלי זכוכית. הוא נכנס למיכל דרך צינור גומי בצוואר. השסתום סוגר את הצינור כך שאף אוויר לא נכנס אליו. אנו מסירים את האוויר מהכלי באמצעות משאבת ואקום. מעניין, ככל שהשאיבה מתקדמת, צליל המשאבה משתנה. ככל שנשאר פחות אוויר בבקבוק, כך המשאבה פועלת שקטה יותר. ככל שאנו שואבים את האוויר זמן רב יותר, כך הלחץ בכלי יורד.
כאשר כל האוויר יוסר,סגור את הברז, צבט את הצינור כדי לחסום את אספקת האוויר. שקלו את הבקבוק ללא אוויר, ואז פתחו את הברז. האוויר ייכנס בשריקה אופיינית, ומשקלו יתווסף למשקל הבקבוק.
הנח תחילה כלי ריק עם ברז סגור על האיזון. יש ואקום בתוך המיכל, בואו נשקול אותו. בוא נפתח את הברז, האוויר ייכנס פנימה, ונשקול שוב את תכולת הבקבוק. ההבדל בין משקל הבקבוק המלא לריק יהיה מסת האוויר. זה פשוט.
משקל אוויר ולחץ אטמוספרי
עכשיו בואו נעבור לפתרון הבעיה הבאה. כדי לחשב את צפיפות האוויר, אתה צריך לחלק את המסה שלו לפי נפח. נפח הבקבוק ידוע מכיוון שהוא מסומן בצד הבקבוק. ρ=mair /V. אני חייב לומר שכדי להשיג את הוואקום הגבוה כביכול, כלומר, היעדר מוחלט של אוויר בכלי, אתה צריך הרבה זמן. אם הבקבוק הוא 1.2 ליטר, זה בערך חצי שעה.
גילינו שלאוויר יש מסה. כדור הארץ מושך אותו, ולכן כוח הכבידה פועל עליו. האוויר דוחף מטה על הקרקע בכוח השווה למשקל האוויר. לחץ אטמוספרי, אם כן, קיים. זה בא לידי ביטוי בניסויים שונים. בוא נעשה אחד מאלה.
ניסוי מזרק
קח מזרק ריק שאליו מחוברת צינור גמיש. הורד את הבוכנה של המזרק והטבל את הצינור במיכל מים. משוך את הבוכנה כלפי מעלה, והמים יתחילו לעלות דרך הצינור, ולמלא את המזרק. מדוע מים, הנמשכים מטה על ידי כוח הכבידה, עדיין עולים מאחורי הבוכנה?
בכלי, הוא מושפע מלמעלה למטהלחץ אטמוספירה. נסמן את זה Patm. על פי חוק פסקל, הלחץ שמפעילה האטמוספרה על פני הנוזל מועבר ללא שינוי. זה מתפשט לכל הנקודות, מה שאומר שיש גם לחץ אטמוספרי בתוך הצינור, ויש ואקום (חלל נטול אוויר) במזרק מעל שכבת המים, כלומר P \u003d 0. אז מסתבר שלחץ אטמוספרי לוחץ על המים מלמטה, אבל אין לחץ מעל הבוכנה, כי יש שם ריקנות. בגלל הפרש הלחץ, מים נכנסים למזרק.
ניסוי עם כספית
משקל אוויר ולחץ ברומטרי - כמה הם גדולים? אולי זה משהו שאפשר להזניח? אחרי הכל, למטר מעוקב אחד של ברזל יש מסה של 7600 ק"ג, ומ"ק אחד של אוויר - רק 1.3 ק"ג. כדי להבין, בואו נשנה את הניסוי שערכנו זה עתה. במקום מזרק, קח בקבוק סגור בפקק עם צינור. חבר את הצינור למשאבה והתחל לשאוב אוויר.
בניגוד לניסיון הקודם, אנחנו יוצרים ואקום לא מתחת לבוכנה, אלא בכל נפח הבקבוק. כבו את המשאבה ובמקביל הורידו את השפופרת של הבקבוק לתוך מיכל מים. נראה כיצד מים מילאו את הבקבוק דרך הצינור תוך שניות ספורות עם צליל אופייני. המהירות הגבוהה שבה היא "פרצה" לתוך הבקבוק מעידה על כך שלחץ אטמוספרי הוא ערך די גדול. הניסיון מוכיח זאת.
לראשונה מדד את הלחץ האטמוספרי, משקלו של המדען האיטלקי טוריצ'לי. הייתה לו חוויה כזו. לקחתי צינור זכוכית באורך של קצת יותר מ-1, אטום בקצה אחד. מילא אותו בכספית עד אפס מקום. לאחראחר כך הוא לקח כלי עם כספית, צבט באצבעו את הקצה הפתוח שלו, הפך את הצינור והטביל אותו במיכל. אם לא היה לחץ אטמוספרי, אז כל הכספית הייתה נשפכת החוצה, אבל זה לא קרה. זה נשפך חלקית, מפלס הכספית שקע בגובה של 760 מ מ.
זה קרה בגלל שהאטמוספירה לחצה על הכספית במיכל. מסיבה זו בניסויים הקודמים שלנו, מים הוכנסו לתוך הצינור, וזו הסיבה שהמים עקבו אחרי המזרק. אבל בשני הניסויים האלה לקחנו מים שצפיפותם נמוכה. לכספית יש צפיפות גבוהה, כך שהלחץ האטמוספרי הצליח להעלות את הכספית, אבל לא לפסגה, אלא רק ב-760 מ מ.
לפי חוק פסקל, הלחץ המופעל על הכספית מועבר לכל נקודותיה ללא שינוי. זה אומר שיש גם לחץ אטמוספרי בתוך הצינור. אבל מצד שני, לחץ זה מאוזן על ידי לחץ עמודת הנוזל. נסמן את גובה עמודת הכספית כ-h. אנו יכולים לומר שלחץ אטמוספרי פועל מלמטה למעלה, ולחץ הידרוסטטי פועל מלמעלה למטה. 240 המ מ הנותרים ריקים. אגב, הוואקום הזה נקרא גם הריק של טוריצ'לי.
נוסחה וחישובים
לחץ אטמוספרי Patm שווה ללחץ הידרוסטטי ומחושב לפי הנוסחה ρptgh. ρrt=13600 kg/m3. g=9.8 N/kg. h=0.76 מ'. Patm=101.3 kPa. מדובר בכמות די גדולה. דף נייר מונח על שולחן מייצר לחץ של 1 Pa, ולחץ אטמוספרי הוא 100,000 פסקל. מסתבר שאתה צריך לשים100,000 גיליונות נייר אחד על השני כדי לייצר לחץ כזה. סקרן, לא? הלחץ האטמוספרי ומשקל האוויר גבוהים מאוד, ולכן מים נדחפו לתוך הבקבוק בעוצמה כזו במהלך הניסוי.
