Atmosfærisk trykk og luftvekt. Formel, beregninger, eksperimenter

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 17:53

Av selve begrepet "atmosfærisk trykk" følger det at luft må ha vekt, ellers kunne den ikke legge press på noe. Men vi legger ikke merke til dette, det ser ut til at luften er vektløs. Før du snakker om atmosfærisk trykk, må du bevise at luft har vekt, du må på en eller annen måte veie den. Hvordan gjøre det? Vi vil vurdere luftvekt og atmosfærisk trykk i detalj i artikkelen, og studere dem ved hjelp av eksperimenter.

Experience

Vi skal veie luften i et glasskar. Den kommer inn i beholderen gjennom et gummirør i nakken. Ventilen lukker slangen slik at det ikke kommer luft inn i den. Vi fjerner luften fra fartøyet ved hjelp av en vakuumpumpe. Interessant nok, etter hvert som pumpingen skrider frem, endres lyden av pumpen. Jo mindre luft som er igjen i kolben, jo roligere går pumpen. Jo lenger vi pumper ut luften, jo lavere blir trykket i karet.

Når all luften er fjernet,lukk kranen, klem slangen for å blokkere lufttilførselen. Vei kolben uten luft, og åpne deretter kranen. Luften kommer inn med en karakteristisk fløyte, og dens vekt vil bli lagt til vekten av kolben.

Plasser først et tomt kar med en lukket kran på vekten. Det er et vakuum inne i beholderen, la oss veie det. La oss åpne kranen, luften går inn og veier innholdet i kolben igjen. Forskjellen mellom vekten av den fylte og tomme kolben vil være massen av luft. Det er enkelt.

Luftvekt og atmosfærisk trykk

La oss nå gå videre til å løse det neste problemet. For å beregne tettheten til luft, må du dele massen etter volum. Volumet av kolben er kjent fordi det er merket på siden av kolben. ρ=m_{air /V. Jeg må si at for å oppnå det såk alte høyvakuumet, det vil si fullstendig fravær av luft i fartøyet, trenger du mye tid. Hvis kolben er 1,2 liter, er det omtrent en halv time.}

Vi fant ut at luft har masse. Jorden trekker den, og derfor virker tyngdekraften på den. Luften presser ned på bakken med en kraft lik luftens vekt. Atmosfærisk trykk eksisterer derfor. Det viser seg i ulike eksperimenter. La oss gjøre en av disse.

Sprøyteeksperiment

Ta en tom sprøyte som en fleksibel slange er festet til. Senk stempelet på sprøyten og dypp slangen i en beholder med vann. Trekk stempelet opp, og vannet vil begynne å stige gjennom røret og fylle sprøyten. Hvorfor stiger vann, som trekkes ned av tyngdekraften, fortsatt bak stempelet?

I fartøyet er det påvirket fra topp til bunnAtmosfæretrykk. La oss betegne det P_{atm. I følge Pascals lov overføres trykket som utøves av atmosfæren på overflaten av en væske uendret. Det sprer seg til alle punkter, noe som betyr at det også er atmosfærisk trykk inne i røret, og det er et vakuum (luftfritt rom) i sprøyten over vannlaget, dvs. P \u003d 0. Så det viser seg at atmosfærisk trykk presser på vannet nedenfra, men det er ikke noe trykk over stempelet, fordi det er tomhet der. På grunn av trykkforskjellen kommer vann inn i sprøyten.}

Eksperimenter med kvikksølv

Luftvekt og barometertrykk – hvor store er de? Kanskje det er noe som kan neglisjeres? Tross alt har en kubikkmeter jern en masse på 7600 kg, og en kubikkmeter luft - bare 1,3 kg. For å forstå, la oss endre eksperimentet vi nettopp utførte. I stedet for en sprøyte, ta en flaske lukket med en kork med et rør. Koble slangen til pumpen og begynn å pumpe luft.

I motsetning til tidligere erfaring, skaper vi et vakuum ikke under stempelet, men i hele volumet av flasken. Slå av pumpen og senk samtidig flaskens rør ned i en beholder med vann. Vi vil se hvordan vann fylte flasken gjennom røret på bare noen få sekunder med en karakteristisk lyd. Den høye hastigheten hun "brøt" inn i flasken med indikerer at atmosfærisk trykk er en ganske stor verdi. Erfaring viser det.

For første gang målte det atmosfæriske trykket, vekten til den italienske luftforskeren Torricelli. Han hadde en slik opplevelse. Jeg tok et glassrør litt over 1 m langt, forseglet i den ene enden. Fylte den med kvikksølv til randen. EtterSå tok han et kar med kvikksølv, klemte den åpne enden med fingeren, snudde røret og senket det i en beholder. Hvis det ikke var noe atmosfærisk trykk, ville alt kvikksølvet ha strømmet ut, men dette skjedde ikke. Det strømmet ut delvis, kvikksølvnivået satte seg i en høyde på 760 mm.

Det skjedde fordi atmosfæren presset på kvikksølvet i beholderen. Det er av denne grunn at i våre tidligere eksperimenter ble vann drevet inn i røret, og det er grunnen til at vann fulgte sprøyten. Men i disse to eksperimentene tok vi vann, hvis tetthet er lav. Kvikksølv har høy tetthet, så atmosfærisk trykk var i stand til å heve kvikksølvet, men ikke helt til toppen, men bare med 760 mm.

I henhold til Pascals lov overføres trykket som utøves på kvikksølv til alle punktene uendret. Dette betyr at det også er atmosfærisk trykk inne i røret. Men på den annen side balanseres dette trykket av trykket i væskekolonnen. La oss betegne høyden på kvikksølvsøylen som h. Vi kan si at atmosfærisk trykk virker fra bunn til topp, og hydrostatisk trykk virker fra topp til bunn. De resterende 240 mm er tomme. Dette vakuumet kalles forresten også Torricelli-tomrommet.

Formel og beregninger

Atmosfærisk trykk P_atm er lik hydrostatisk trykk og beregnes ved hjelp av formelen ρ_ptgh. ρ_rt=13600 kg/m³. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. P_{atm=101,3 kPa. Dette er et ganske stort beløp. Et papirark som ligger på et bord gir et trykk på 1 Pa, og atmosfærisk trykk er 100 000 pascal. Det viser seg at du trenger å sette100 000 ark på hverandre for å produsere slikt trykk. Nysgjerrig, ikke sant? Atmosfærisk trykk og luftvekt er svært høy, så vann ble presset inn i flasken med en slik kraft under forsøket.}