Itse "ilmakehän paineen" käsitteestä seuraa, että ilmalla täytyy olla painoa, muuten se ei voisi painostaa mitään. Mutta emme huomaa tätä, meistä näyttää siltä, että ilma on painoton. Ennen kuin puhut ilmanpaineesta, sinun on todistettava, että ilmalla on painoa, sinun on punnittava se jotenkin. Kuinka tehdä se? Käsittelemme artikkelissa yksityiskohtaisesti ilman painoa ja ilmanpainetta tutkimalla niitä kokeiden avulla.
Kokemus
Punnittelemme ilman lasiastiaan. Se tulee säiliöön kaulassa olevan kumiputken kautta. Venttiili sulkee letkun niin, ettei siihen pääse ilmaa. Poistamme ilman astiasta tyhjiöpumpulla. Mielenkiintoista on, että pumppauksen edetessä pumpun ääni muuttuu. Mitä vähemmän ilmaa jää pulloon, sitä hiljaisemmin pumppu käy. Mitä pidempään pumppaamme ilmaa, sitä alhaisemmaksi astian paine tulee.
Kun kaikki ilma on poistettu,sulje hana, purista letkua estääksesi ilman tulon. Punnitse pullo ilman ilmaa ja avaa sitten hana. Ilma tulee sisään tyypillisellä vihellyksellä ja sen paino lisätään pullon painoon.
Aseta ensin tyhjä astia, jossa on suljettu hana, vaakaan. Säiliön sisällä on tyhjiö, punnitaan se. Avataan hana, ilma menee sisään ja punnitaan pullon sisältö uudelleen. Täytetyn ja tyhjän pullon painon välinen ero on ilman massa. Se on yksinkertaista.
Ilman paino ja ilmanpaine
Jatketaan nyt seuraavan ongelman ratkaisemiseen. Ilman tiheyden laskemiseksi sinun on jaettava sen massa tilavuudella. Pullon tilavuus tunnetaan, koska se on merkitty pullon kylkeen. ρ=milma /V. Minun on sanottava, että tarvitset paljon aikaa saadaksesi niin sanotun korkean tyhjiön, toisin sanoen ilman täydellisen puuttumisen astiassa. Jos pullo on 1,2 litraa, se on noin puoli tuntia.
Havaitsimme, että ilmalla on massaa. Maa vetää sitä, ja siksi painovoima vaikuttaa siihen. Ilma työntyy alas maahan voimalla, joka on yhtä suuri kuin ilman paino. Ilmakehän paine on siis olemassa. Se ilmenee erilaisissa kokeissa. Tehdään yksi näistä.
Ruiskukoe
Ota tyhjä ruisku, johon on kiinnitetty joustava putki. Laske ruiskun mäntä ja upota letku vesisäiliöön. Vedä mäntä ylös, niin vesi alkaa nousta putken läpi täyttäen ruiskun. Miksi vesi, jota painovoima vetää alas, nousee edelleen männän takaa?
Suonessa se vaikuttaa ylhäältä alasIlmakehän paine. Merkitään se Patm. Pascalin lain mukaan ilmakehän nesteen pintaan kohdistama paine välittyy muuttumattomana. Se leviää kaikkiin pisteisiin, mikä tarkoittaa, että putken sisällä on myös ilmanpainetta ja ruiskussa on tyhjiö (ilmaton tila) vesikerroksen yläpuolella, eli P \u003d 0. Joten käy ilmi, että ilmakehän paine painaa vettä alha alta, mutta männän yläpuolella ei ole painetta, koska siellä on tyhjyyttä. Paine-eron vuoksi ruiskuun pääsee vettä.
Kokeile elohopealla
Ilman paino ja ilmanpaine – kuinka suuria ne ovat? Ehkä se on jotain, joka voidaan jättää huomiotta? Loppujen lopuksi yhden kuutiometrin raudan massa on 7600 kg ja yhden kuutiometrin ilmaa - vain 1,3 kg. Ymmärtääksemme, muokataan juuri suorittamaamme koetta. Ota ruiskun sijaan korkilla suljettu pullo, jossa on letku. Liitä putki pumppuun ja aloita ilman pumppaus.
Aiemmasta kokemuksesta poiketen emme luo tyhjiötä männän alle, vaan koko pullon tilavuuteen. Sammuta pumppu ja laske samalla pullon putki vesisäiliöön. Näemme kuinka vesi täytti pullon putken läpi muutamassa sekunnissa ominaisella äänellä. Suuri nopeus, jolla hän "purskahti" pulloon, osoittaa, että ilmanpaine on melko suuri arvo. Kokemus todistaa sen.
Ensimmäistä kertaa mitattiin ilmanpainetta, ilman painoa italialainen tiedemies Torricelli. Hänellä oli sellainen kokemus. Otin lasiputken, joka oli hieman yli 1 m pitkä, sinetöity toisesta päästä. Täytetty se elohopealla reunoja myöten. JälkeenSitten hän otti elohopeaa sisältävän astian, puristi sen avoimen pään sormellaan, käänsi putken ympäri ja upotti sen astiaan. Jos ilmakehän painetta ei olisi, kaikki elohopea olisi vuotanut, mutta näin ei tapahtunut. Se kaatui osittain, elohopean taso asettui 760 mm:n korkeuteen.
Se tapahtui, koska ilmakehä painoi säiliössä olevaa elohopeaa. Tästä syystä aiemmissa kokeissamme ajettiin vettä putkeen, minkä vuoksi vesi seurasi ruiskua. Mutta näissä kahdessa kokeessa otimme vettä, jonka tiheys on pieni. Elohopealla on korkea tiheys, joten ilmanpaine pystyi nostamaan elohopean pitoisuutta, mutta ei aivan huipulle, vaan vain 760 mm.
Pascalin lain mukaan elohopeaan kohdistuva paine siirtyy sen kaikkiin pisteisiin muuttumattomana. Tämä tarkoittaa, että putken sisällä on myös ilmanpainetta. Mutta toisa alta tätä painetta tasapainottaa nestepatsaan paine. Merkitään elohopeapatsaan korkeutta h:na. Voidaan sanoa, että ilmakehän paine vaikuttaa alha alta ylös ja hydrostaattinen paine ylhäältä alas. Loput 240 mm on tyhjää. Muuten, tätä tyhjiötä kutsutaan myös Torricellin tyhjyydeksi.
Kaava ja laskelmat
Ilmakehän paine Patm on yhtä suuri kuin hydrostaattinen paine ja se lasketaan kaavalla ρptgh. ρrt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. Patm=101,3 kPa. Tämä on melko suuri määrä. Pöydällä makaava paperiarkki tuottaa 1 Pa:n paineen ja ilmanpaine on 100 000 pascalia. Osoittautuu, että sinun täytyy laittaa100 000 paperiarkkia päällekkäin sellaisen paineen tuottamiseksi. Utelias, eikö? Ilmanpaine ja ilman paino ovat erittäin korkeat, joten vettä työnnettiin pulloon sellaisella voimalla kokeen aikana.
